-
Die Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung mit einer Blende, die eine dem Bediener zugewandte Oberfläche definiert und mit einem kapazitiven Näherungssensor, der auf der dem Bediener abgewandten Seite der Blende angeordnet ist. Bei modernen Fahrzeugen kommen zunehmend anstelle von elektromechanischen Tastschaltern Sensoren zum Einsatz, mit denen Fahrzeugfunktionen berührungslos geschaltet und gesteuert werden, beispielsweise der Schaltzustand von Fahrzeugaggregaten verändert werden kann. Insbesondere im Fahrzeuginnenraum werden solche berührungslosen Bedieneinrichtungen immer beliebter. Ein solcher Näherungssensor umfasst mindestens eine Sensorelektrode sowie eine zugehörige elektronische Auswerteinheit. Durch Beaufschlagung der Sensorelektrode mit einem elektrischen Sensorsignal wird in einem der Sensorelektrode vorgelagerten Raumbereich ein elektrisches Sensorfeld, auch Messkapazität genannt, aufgebaut. Die Auswerteinheit misst hierbei - je nach Bauform - die Kapazität der Sensorelektrode gegenüber Masse oder die Kapazität zwischen der Sensorelektrode und einer gegebenenfalls weiteren Sensorelektrode. Die Funktion des kapazitiven Näherungssensors beruht hierbei auf dem physikalischen Effekt, dass ein sich an den Sensor annähernder Gegenstand, insbesondere ein Körperteil eines Fahrzeugnutzers, durch Wechselwirkung mit dem elektrischen Sensorfeld die messbare Kapazität des Näherungssensors beeinflusst. Bei der Integration von derartigen Näherungssensoren in eine Blende, wie eine Fahrzeuginnenverkleidung, stellen sich zahlreiche Probleme aufgrund der gewünscht möglichst oberflächennahen Anordnung der zum Näherungssensor gehörenden Sensorelektrode. Üblicherweise sind bei einem kapazitiven Näherungssensor die oder jede Sensorelektrode mit der Auswerteinheit über elektrische Leitungen verbunden. Diese Leitungen sind in mehrfacher Hinsicht nachteilig. So verursacht bereits die mechanische Fixierung der Leitungen an der Blende einen nicht unerheblichen Montageaufwand. Zudem tragen die Leitungen in nicht unerheblichem Ausmaß zur Defektanfälligkeit des Näherungssensors bei, wobei Defekte einerseits durch Kabelbruch oder defekte Steckverbindungen sowie andererseits durch Korrosion infolge undichter Kabelzuführungen zu der Sensorelektrode und/oder der Auswerteeinheit entstehen können. Darüber hinaus ist öfters ein ausgedehntes Sensorfeld erwünscht, was eine ausgedehnte Elektrode erforderlich macht. Die Kontaktierung einer ausgedehnten in einer Blende integrierten Elektrode schafft besondere Schwierigkeiten, insbesondere wenn die Blende keine ebene Oberfläche definiert und eine der Form der Oberfläche folgender Elektrodenverlauf angestrebt wird.
-
Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung, bei der eine flexiblere konstruktive Auslegung und insbesondere eine haltbarere Auslegung einer Bedieneinrichtung mit kapazitiver Näherunssensorik ermöglicht sind. Diese Aufgabe wird durch eine Bedieneinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des Verwendungsanspruchs. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
-
Die Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Bedieneinrichtung weist eine Blende mit einer dem Bediener zugewandten Oberfläche auf. Der Begriff Blende ist weit auszulegen und meint eine jegliche eine dem Bediener zugewandte Oberfläche definierende Verkleidung. Dabei kann es sich um eine Blende handeln, die in einem mit dem Näherungssensor festen Anordnungsverhältnis steht, oder um eine solche Blende handeln, die beweglich gegenüber dem Näherungssensor gelagert ist, wie beispielsweise ein für die händische Betätigung vorgesehenes Betätigungsteil oder ein zum Zwecke der Erzeugung eines haptischen Feedbacks durch einen Aktor bewegtes Betätigungsteil. Erfindungsgemäß weist die Bedieneinrichtung ferner einen kapazitiven Näherungssensor mit einer Auswerteinheit und wenigstens einer Sensorelektrode auf, die elektrisch mit der Auswerteinheit verbunden ist. Der kapazitive Näherungssensor ist erfindungsgemäß auf der dem Bediener abgewandten Seite der Blende angeordnet. Die Bedieneinrichtung weist ferner eine benachbart zur Oberfläche an der Blende angeordnete Koppelelektrode auf, die elektrisch isoliert von der Auswerteinheit angeordnet ist und zur kapazitiven Signalübertragung mit der Sensorelektrode ausgebildet ist. Durch Beaufschlagung der Sensorelektrode mit einem elektrischen Sensorsignal wird beispielsweise in einem der Sensorelektrode vorgelagerten Raumbereich ein elektrisches, die Koppelelektrode erfassendes Sensorfeld, auch Messkapazität genannt, aufgebaut Die Auswerteinheit misst hierbei - je nach Bauform - die Kapazität der Sensorelektrode gegenüber Masse oder die Kapazität zwischen der Sensorelektrode und einer gegebenenfalls weiteren Sensorelektrode des Näherungssensors.
-
Erfindungsgemäß ist die von der Koppelelektrode eingenommene und auf die dem Bediener zugewandte Oberfläche projizierte Fläche größer als die aktive, bevorzugt gesamte, ebenfalls auf diese Oberfläche projizierte Fläche der zugehörigen Sensorelektrode. Bei mehreren Koppelelektroden und mehreren Sensorelektroden wird die jeweils nächstbenachbarte Sensorelektrode als die zugehörige Sensorelektrode verstanden. Durch die Verwendung einer mit der Sensorelektrode kapazitiv gekoppelten Koppelelektrode kann vergleichsweise einfach die für die Annäherung sensitive Oberfläche vergrößert werden, ohne dass eine aufwändige und störanfällige elektrisch leitende Verbindung notwendig ist. Zudem ist durch die berührungslose Einbindung der Koppelelektrode ein größerer Gestaltungsspielraum für die Oberfläche bzw. deren Verlauf ermöglicht.
-
Bevorzugt weist der kapazitive Näherungssensor ein Array von selektiv aktivierbaren Sensorelektroden auf. Beispielsweise handelt es sich um ein kapazitives Touchpad, welche in der Regel in sich wiederholenden Strukturen angeordnete Elektroden aufweist, um die in Zeilen und Spalten arrangierten Elektroden selektiv ansteuern zu können. Ein Aktivieren in diesem Sinne meint die Beaufschlagung einzelner dieser Elektroden mit dem Sensorsignal, um an gezielter Stelle des Arrays ein die Koppelelektrode erfassendes Sensorfeld zu erzeugen.
-
Bevorzugt ist die Koppelelektrode ausgebildet, um in einem der Koppelelektrode in Richtung Oberfläche vorgelagerten Raumbereich ein von dem Näherungssensor übertragenes elektrisches Sensorfeld auszubilden. Damit sorgt die Koppelelektrode für die Detektion einer Annäherung an die Oberfläche.
-
Bevorzugt weist der Näherungssensor ein Gehäuse auf, dessen auf die Oberfläche projizierte, Außenabmessung stets kleiner ist als die Ausdehnung in entsprechender Richtung der von allen Koppelelektroden beschriebenen und auf die Oberfläche projizierten Fläche. Beispielsweise liegt die von den Außenabmessungen des Gehäuses beschriebene und auf die Oberfläche profizierte Fläche innerhalb der von allen Koppelelektroden beschriebenen und auf die besagte Oberfläche projizierten Fläche. Das Gehäuse ist beispielsweise als ein von der Blende separates Bauteil ausgebildet. Beispielsweise ist das Gehäuse als Stülpgehäuse ausgebildet, welches über den Näherungssensor gestülpt angeordnet ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Oberfläche eine Oberflächenkontur, wie eine oder mehrere Erhebungen und/oder Vertiefungen, zur Sichtbarmachung und/oder haptischen Wahrnehmung des Sensorfeldes auf. Damit wird dem Bediener die visuelle aber insbesondere die haptische Orientierung erleichtert.
-
Bevorzugt weist definiert die Blende eine Oberfläche von mehr als 50 cm2, bevorzugt mehr als 100 cm2, beispielsweise 250 cm2.
-
Bevorzugt ist die Koppelelektrode auf der dem Bediener abgewandten Seite der Blende angeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei der Blende um ein in einem formgebenden Verfahren hergestelltes Teil.
-
Wie schon zuvor erwähnt ist gemäß einer Ausgestaltung die Blende relativ beweglich gegenüber der Sensorelektrode gelagert, beispielsweise linear verschiebbar und/oder drehbeweglich gelagert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bilden die Blende und die Koppelelektrode einen Schichtaufbau, beispielsweise einen Folienschichtaufbau, aus. Der Schichtaufbau weist eine obere Schicht auf, die die Blende mit der dem Bediener zugewandten Oberfläche ausbildet. Der Schichtaufbau weist ferner eine auf der der Oberfläche abgewandten Seite der ersten Schicht angeordnete, leitfähige Schicht zur Ausbildung der Koppelelektrode auf. Beispielsweise ist die Koppelelektrode als leitfähiger Lack auf die der Oberfläche abgewandten Seite der ersten Schicht, beispielsweise im Siebdruckverfahren, aufgebracht. Die elektrische Leitfähigkeit wird durch einen vergleichsweise hohen Anteil, wie 50 bis 80 Gewichts-%, an leitfähigen Füllmaterialien in der Lackmatrix erzeugt. Als leitfähiges Füllmaterial kommen Partikel aus Silber, Kupfer oder Graphit in Frage. Die Binderkomponente kann ein einkomponentiger, lösemittelhaltiger Lack oder ein Kunstharz (ein- oder zweikomponentig) sein. Die die Koppelelektrode ausbildende Schicht kann auch als metallische Schicht in einem PVD-Verfahren auf der ersten Schicht abgeschieden sein.
-
Als eine die Koppelelektrode ausbildende, leitfähige Schicht wird bevorzugt eine Schicht mit einem Flächenwiderstand R von weniger als 300 , noch bevorzugter weniger als 10 , verstanden.
-
Bevorzugt ist zwischen der die Koppelelektrode ausbildenden, leitfähigen Schicht und der wenigstens einen Sensorelektrode eine, bevorzugt eine an die leitfähige Schicht der Koppelelektrode angrenzende, Isolierschicht vorgesehen, um die Koppelelektrode vor mechanischer Beschädigung oder elektrostatischer Entladung zu schützen. Die Isolierschicht wird beispielsweise in einem formgebenden Verfahren auf die Koppelelektrode aufgebracht und ist beispielsweise ein Thermoplast. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist die Isolierschicht eine nichtleitende Lackschicht, die beispielsweise in einem Druckverfahren aufgebracht wird. Die Isolierschicht bedeckt die Koppelelektrodenschicht wenigstens vollflächig. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Isolierschicht die Koppelelektrode nicht nur vollflächig, sondern die Koppelelektrode bezogen auf die Koppelelektrode allseitig mit Überstand überdeckt. Beispielsweise bildet die Isolierschicht einen wenigstens 0,5 mm, bevorzugt wenigstens 1,0 mm, breiten, bezogen auf die Koppelelektrode allseitigen Überstand zur Koppelelektrode aus.
-
Bevorzugt ist die erste Schicht transparent oder transluzent ausgebildet, und zwischen der ersten Schicht und der leitfähigen Schicht wenigstens eine opake Schicht als sogenannte Dekorschicht vorgesehen. Die opake Schicht stellt beispielsweise ein Symbol dar, welches die der Bedieneinrichtung zugeordnete Schalt- bzw. Steuerfunktionalität visualisiert.
-
Bevorzugt ist wenigstens eine Schicht aus Dekorschicht, Koppelelektrodenschicht oder Isolierschicht als flexible Kunststofffolie ausgebildet.
-
Beispielsweise wird eine Dekorschicht als flexibler Kunststofffolie bereitgestellt, die einseitig mit der Koppelelektrodenschicht beschichtet wird und so einen Folienschichtaufbau ausbildet. Dieser Folienschichtaufbau wird nachfolgend in einem formgebenden Verfahrensschritt, wie einem Spritzformverfahren, einseitig mit dem Material der Blende beschichtet. Nachfolgend wird der erhaltene Schichtaufbau lediglich einseitig auf der der Blende abgewandten Seite unter Ausbildung der Isolierschicht beschichtet, beispielsweise in einem formgebenden Verfahrensschritt, wie einem Spritzformverfahren mit einem Thermoplast oder in einem Druckverfahren mit einem nichtleitenden Lack.
-
Gemäß einer anderen Variante wird eine Dekorschicht als flexible Kunststofffolie bereitgestellt, die einseitig mit der Koppelelektrodenschicht beschichtet wird und so einen Folienschichtaufbau ausbildet. Dieser Folienschichtaufbau wird unter Ausbildung der Isolierschicht beschichtet. Nachfolgend wird in einem formgebenden Verfahrensschritt, wie einem Spritzformverfahren, der Folienschichtaufbau einseitig mit dem Material der Blende beschichtet.
-
Gemäß einer weiteren Variante wird auf die Dekorschicht verzichtet und die Koppelelektrodenschicht und die Isolierschicht sind als flexibler Folienschichtaufbau aus jeweils einer Kunststofffolie ausgebildet. Dieser Folienschichtaufbau wird nachfolgend in einem formgebenden Verfahrensschritt, wie einem Spritzformverfahren, einseitig mit dem Material der Blende beschichtet.
-
Gemäß noch einer weiteren Variante, wird die Blende in einem formgebenden Verfahren hergestellt, nachfolgend auf der dem Bediener abgewandten Seite mit der Koppelelektrodenschicht, beispielsweise in einem Druckverfahren beschichtet. Nachfolgend wird der erhaltene Schichtaufbau lediglich einseitig auf der der Blende abgewandten Seite unter Ausbildung der Isolierschicht beschichtet, beispielsweise in einem formgebenden Verfahrensschritt, wie einem Spritzformverfahren mit einem Thermoplast.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Koppelelektrode in Richtung Oberfläche abgeschirmt und/oder mit einem Potenzial beaufschlagt, und die Blende ist elastisch nachgebend ausgebildet oder gelagert, so dass der Näherungssensor in der Lage ist, eine durch eine Einwirkung einer Betätigungskraft sich ergebende Annäherung der Blende an den Näherungssensor zu detektieren. Somit wird vergleichsweise einfach ein kapazitiver Kraftsensor zur Messung einer auf die Oberfläche der Blende einwirkenden Betätigungskraft realisiert.
-
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Bedieneinrichtung in einer seiner zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug, beispielweise als Innenverkleidung, insbesondere Armaturenbrettverkleidung.
-
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
- 1 eine vertikale Schnittansicht durch eine erste, erfindungsgemäße Ausführungsform der Bedieneinrichtung;
- 2 eine vertikale Schnittansicht durch eine zweite, erfindungsgemäße Ausführungsform der Bedieneinrichtung;
- 3 eine Aufsicht auf eine dritte, erfindungsgemäße Ausführungsform der Bedieneinrichtung.
-
1 zeigt eine Schnittansicht durch eine erste, erfindungsgemäße Ausführungsform der Bedieneinrichtung 20. Die Bedieneinrichtung 20 weist einen Schichtaufbau aus einer eine Blende 1 definierenden ersten Schicht auf. Diese Blende 1 ist beispielsweise in einem formgebenden Verfahren, wie einem Spritzgussverfahren aus einem transparenten Thermoplast hergestellt und weist zur haptischen Rückmeldung Erhebungen auf, die in 1 schraffiert sind.
-
Die die Blende 1 ausbildende, erste Schicht ist auf der dem Bediener abgewandten Seite mit einer Dekorschicht 2 versehen, die als flexible Kunststofffolie ausgebildet ist und auf der rückwärtigen Oberfläche der Blende 1 angeordnet ist. Auf die Dekorschicht 2 ist aus leitfähigem Lack im Siebdruckverfahren eine die Koppelelektrode 10 ausbildende, leitfähige Schicht aufgebracht. Auf diese die Koppelelektrode 10 bildende Schicht ist ferner eine nichtleitende Isolierschicht 3 aus Kunststoff zum mechanischen Schutz und zur Isolierung der Koppelelektrode 10 gegenüber elektrostatischer Entladung in einem Spritzformverfahren durch Hinterspritzen aufgebracht. Dabei wird die Koppelelektrode 10 nicht nur jeweils vollflächig, sondern mit einem allseitigen Überstand von wenigstens einen 1 mm überdeckt. Angrenzend an diese Isolierschicht 3 ist ein kapazitiver Näherungssensor 4 angeordnet. Der Näherungssensor 4 ist gehaust. Das Gehäuse 13 ist als Stülpgehäuse ausgebildet, dessen auf die dem Bediener zugewandte Oberfläche 8 projizierte, größte Abmessung kleiner ist als die minimalste Ausdehnung der von allen Koppelelektroden 10 beschriebenen und auf die Oberfläche 8 projizierten Fläche.
-
Der Näherungssensor 4 weist eine oder mehrere Sensorelektroden 7 sowie eine mit den Sensorelektroden 7 über die Leiterplatte 5 elektrisch leitend verbundene Auswerteinheit 6 auf. Die Sensorelektroden 7 sind angeordnet, jeweils mit einer Koppelektrode 10 kapazitiv zu koppeln, ohne dass eine elektrische Verbindung zwischen der Auswerteinheit 6 und der Koppelelektrode 10 besteht. Dies bedeutet, dass das von dem Näherungssensor 4 erzeugte Sensorfeld durch kapazitive Kopplung an die Koppelelektrode 10 übertragen wird, welche seinerseits sicherstellt, dass ein die Blende 1 durchdringendes, der Oberfläche 8 vorgelagertes Sensorfeld erzeugt wird, so dass die kapazitive Detektion einer Annäherung an die Oberfläche detektierbar ist, ohne dass es einer elektrischen Verbindung zwischen der Auswerteinheit 6 und der Koppelelektrode 10 bedarf. Darüber hinaus weist die Koppelektrode 10 und damit das der Koppelektrode 10 zuzurechnende Sensorfeld eine größere Ausdehnung als die Sensorelektrode 7 und deren ursprüngliches Sensorfeld.
-
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung 20 und ist ein Beispiel für eine Ausführungsform bei der die Blende 1 relativ beweglich zum Näherungssensor 4 gelagert ist, im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, bei der das relative Anordnungsverhältnis zwischen Blende 1 und Näherungssensor 4 konstruktiv festgelegt ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Blende 1 um einen drehbeweglich auf einer Trägerschicht 12 an einem Lagerfuß 11 gelagerten Drehring. Die Sensorelektrode 7 ist beispielsweise zu einer Elektrodenstruktur eines kapazitiven Touchpads als Näherungssensor gehörig. Die dabei singulär aktivierte Sensorelektrode 7 weist eine im Vergleich zur Koppelelektrode 10 geringere räumliche Ausdehnung auf.
-
3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung 20, hier in Aufsicht auf die Blende 1 aus Sicht des Bedieners. Die Blende 1 weist einen Durchbruch 15 für einen nicht näher dargestellten Drehsteller auf. Die Blende 1 definiert die dem Bediener zugewandte Oberfläche 8. Unter der Blende 1 ist eine opake Schicht 2 zur Darstellung von Funktionssymbolen vorgesehen. Darunter sind mehrere Koppelelektroden 10 aus leitfähigem Material vorgesehen. Unter den Koppelelektroden 10 ist eine nicht näher dargestellte Isolierschicht vorgesehen, deren Flächenausdehnung der der Oberfläche 8 entspricht. Unter dieser Isolierschicht befindet sich der nicht näher bezeichnete Näherungssensor mit seinem Gehäuse 13, dessen auf die Oberfläche 8 projizierte, Außenabmessung, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt, stets kleiner ist als die Ausdehnung in entsprechender Richtung der von allen Koppelelektroden 10 beschriebenen und auf die Oberfläche projizierten Fläche, wie durch die gepunktete Linie L dargestellt. So liegt die von den Außenabmessungen des Gehäuses 13 beschriebene und auf die Oberfläche 8 profizierte Fläche innerhalb der von allen Koppelelektroden 10 beschriebenen und auf die besagte Oberfläche projizierten Fläche L. Wie aus 3 deutlich wird, sind die mehreren Koppelelektroden 10 über den Überstand 14a beabstandet zum Umfang der Oberfläche 8 angeordnet. Damit überlappt auch die nicht dargestellte, sich vollflächig entlang der Oberfläche 8 auf der Unterseite der Blende 1 vorgesehene Isolierschicht über die Koppelelektroden 10. Die Koppelelektroden 10 weisen untereinander einen Abstand 14b auf. Die zum Näherungssensor gehörigen Sensorelektroden 7 weisen eine mit der strichpunktierten Linie dargestellte auf die Oberfläche 8 projizierte Fläche auf, die kleiner ist als die zugehörige, d.h. nächstbenachbarte Koppelelektrode 10.
