DE102018101145A1 - Improved force sensor in foil technology - Google Patents

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Sascha Staude
Raphael Mack
Norbert Vajda
Onofrio Intini
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft Eingabevorrichtung (10) mit einer Kraftsensorik für ein Fahrzeug, mit einer biegbaren kapazitativen Sensorschicht (14), die eine Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden (20, 21, 22, 24) aufweist, und einem Bedienflächenelement (12), wobei die kapazitative Sensorschicht (14) einen ersten Bereich (26) aufweist, der rückseitig an dem Bedienflächenelement (12) gehalten ist, die kapazitative Sensorschicht (14) einen zweiten Bereich (28) aufweist, der relativ zu dem ersten Bereich (26) um 180° umgebogen ist, die kapazitative Sensorschicht (14) einen dritten Bereich (30) aufweist, der relativ zu dem zweiten Bereich (28) um 180° umgebogen ist, zwischen dem ersten Bereich (26) und dem zweiten Bereich (28) ein Halteelement (34) angeordnet ist, und zwischen dem zweiten Bereich (28) und dem dritten Bereich (30) eine kompressible Schicht (36) angeordnet ist, wobei in dem zweiten Bereich (28) und dem dritten Bereich (30) jeweils eine kapazitative Sensorelektrode (20, 21, 22, 24) angeordnet ist, und der zweite Bereich (28) und der dritte Bereich (30) mit der kompressiblen Schicht (36) einen Kraftsensor (42) bilden.

Figure DE102018101145A1_0000
The invention relates to an input device (10) having a force sensor system for a vehicle, having a bendable capacitive sensor layer (14) which has a plurality of capacitive sensor electrodes (20, 21, 22, 24) and a control surface element (12), wherein the capacitive sensor layer (14) has a first region (26) which is held on the back of the control surface element (12), the capacitive sensor layer (14) has a second region (28) which is bent relative to the first region (26) by 180 ° in that the capacitive sensor layer (14) has a third region (30) which is bent by 180 ° relative to the second region (28), a holding element (34) is arranged between the first region (26) and the second region (28) a compressible layer (36) is arranged between the second region (28) and the third region (30), wherein in each case a capacitive sensor electrode (20, 21, 22, 24), and the second region (28) and the third region (30) with the compressible layer (36) form a force sensor (42).
Figure DE102018101145A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung mit einer Kraftsensorik für ein Fahrzeug, mit einer biegbaren kapazitativen Sensorschicht, die eine Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden aufweist, und einem Bedienflächenelement, wobei die kapazitative Sensorschicht einen ersten Bereich aufweist, der rückseitig an dem Bedienflächenelement gehalten ist.The present invention relates to an input device with a force sensor system for a vehicle, having a bendable capacitive sensor layer, which has a plurality of capacitive sensor electrodes, and a control surface element, wherein the capacitive sensor layer has a first region, which is held on the back of the control surface element.

Im Stand der Technik sind Eingabevorrichtungen bekannt, die eine Betätigungskraft auf eine Oberfläche messen können. Solche Eingabevorrichtungen werden auch als Mensch-Maschine-Interface (MMI) oder human machine interface (HMI) bezeichnet. Aus der aufgebrachten Betätigungskraft wird dabei auf eine Bedienabsicht einer Bedienperson geschlossen. Durch eine solche Kraftsensorik können Fehlbedienungen mit einer hohen Zuverlässigkeit vermieden werden. Eine einfache Berührung, wie sie beispielsweise bei entsprechenden berührungsempfindlichen Eingabevorrichtungen erfasst werden, kann demgegenüber leicht versehentlich durchgeführt werden, oder mit einer falschen Eingabevorrichtung vorgenommen werden. Entsprechend kann eine Bedienung erfasst werden, auch wenn diese Berührung unbeabsichtigt oder falsch erfolgt ist.In the prior art, input devices are known that can measure an actuation force on a surface. Such input devices are also referred to as a human-machine interface (MMI) or human machine interface (HMI). From the applied actuation force is closed to an operator intention of an operator. By such a force sensor can be avoided with high reliability errors. In contrast, a simple touch, as detected, for example, in corresponding touch-sensitive input devices, can easily be carried out accidentally, or be made with a wrong input device. Accordingly, an operation can be detected, even if this contact is accidental or wrong.

Insbesondere beim Fahren eines Fahrzeugs kommt es leicht zu Fehlbedienungen. Dies liegt einerseits darin begründet, dass ein Fahrzeugführer beim Führen des Fahrzeugs einen großen Teil seiner Aufmerksamkeit eben auf das Führen des Fahrzeugs verwenden muss, und eine Bedienung der Eingabevorrichtung quasi „nebenbei“ erfolgt. Darüber hinaus kann es selbst bei modernen Fahrzeugen mit einem sehr guten Fahrwerk beim Fahren zu Fahrzeugbewegungen kommen, welche die Bedienung der Eingabevorrichtung erschweren. Gegenüber einer einfachen Erfassung einer Berührung ist es bei einer Kraftsensorik erforderlich, dass die Bedienung zusätzlich eine Kraftschwelle überschreitet, so dass eine fehlerhafte Bedienung demgegenüber mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit auftritt.In particular, when driving a vehicle, it is easy to operate incorrectly. On the one hand, this is due to the fact that a driver of the vehicle has to use a large part of his attention when driving the vehicle to guide the vehicle, and an operation of the input device takes place virtually "incidentally". In addition, even in modern vehicles with a very good chassis during driving, vehicle movements may occur which make the operation of the input device more difficult. Compared to a simple detection of a touch, it is necessary in a force sensor that the operation additionally exceeds a force threshold, so that a faulty operation in contrast occurs with a lower probability.

Bei der Kraftsensorik kommen spezielle Kraftsensoren zum Einsatz, die eine Kraft bei der Bedienung der Eingabevorrichtung erfassen. Diese Kraftsensoren sind teure separate Teile, wodurch die Kosten für eine solche Eingabevorrichtung insgesamt vergleichsweise hoch sind. Außerdem haben solche Kraftsensoren häufig einen großen Platzbedarf, der entsprechend berücksichtigt werden muss. Diese Nachteile konnten bisher nicht auf zufriedenstellende Weise überwunden werden.In the force sensor, special force sensors are used, which detect a force in the operation of the input device. These force sensors are expensive separate parts, whereby the total cost of such an input device is comparatively high. In addition, such force sensors often have a large footprint, which must be taken into account accordingly. These disadvantages have not yet been overcome in a satisfactory manner.

In diesem Zusammenhang ist aus der US 2010/0230181 A1 eine Eingabevorrichtung bekannt, die eine erste Elektrode, die auf einer Trägerseite positioniert ist; eine zweite Elektrode, die auf einer Betriebsseite so angeordnet ist, dass sie der ersten Elektrode mit einem Abstand dazwischen gegenüberliegt und sich aufgrund eines Betriebsdrucks näher an die erste Elektrode bewegt; eine erste Kapazitätserfassungseinheit, die eine Änderung der elektrostatischen Kapazität von einer Änderung des Potentials oder des Stroms der zweiten Elektrode erfasst, wenn ein menschlicher Finger näher an die zweite Elektrode herangeführt worden ist; und eine zweite Kapazitätserfassungseinheit, die eine Änderung der elektrostatischen Kapazität von einer Änderung des Potentials oder des Stroms der ersten Elektrode erfasst, wenn die zweite Elektrode näher an die erste Elektrode bewegt worden ist, umfasst.In this context is from the US 2010/0230181 A1 an input device comprising a first electrode positioned on a support side; a second electrode disposed on an operating side so as to face the first electrode with a space therebetween and move closer to the first electrode due to an operating pressure; a first capacitance detecting unit that detects a change in the electrostatic capacitance from a change in the potential or the current of the second electrode when a human finger has been brought closer to the second electrode; and a second capacitance detecting unit that detects a change in the electrostatic capacitance from a change in the potential or the current of the first electrode when the second electrode has been moved closer to the first electrode.

Weiterhin ist aus der JP 2009 193 467 A1 eine Vereinfachung eines Prozesses zum Einbau einer Leiterplatte in ein Gehäuse durch Ausbilden eines Platinenmontageverfahrens und um eine Beseitigung von Prozessen für Drahtführung und zur Verbindung zwischen Leiterplatten bekannt. Eine Bauteilmontageplatte umfasst eine flexible Leiterplatte mit einer Öffnung an einer vorbestimmten Position und mindestens einen Kuppelschalter, der auf einer ersten Oberflächenseite montiert ist, wenn eine Seitenfläche der Platte als eine erste Oberfläche und die andere Seitenfläche der Platte als zweite Oberfläche bezeichnet ist. Die Montageplatte weist eine flexible Struktur auf, in der die zweite Oberflächenseite über die erste Oberflächenseite gefaltet ist, so dass die Öffnung der Platte über dem Kuppelschalter auf der ersten Fläche positioniert ist. Diese Struktur ermöglicht es, dass die Platine im gefalteten Zustand in einen vorbestimmten Fall eingebaut wird. Nachdem die Platine montiert ist, kann der Kuppelschalter auf der ersten Oberfläche durch die Öffnung von der zweiten Oberflächenseite in einer Betriebsfläche des Gehäuses betätigt werden.Furthermore, from the JP 2009 193 467 A1 a simplification of a process for installing a printed circuit board in a housing by forming a board mounting method and to eliminate processes for wire guide and the connection between printed circuit boards known. A component mounting plate includes a flexible circuit board having an opening at a predetermined position and at least one tie switch mounted on a first surface side when one side surface of the plate is referred to as a first surface and the other side surface of the plate is referred to as a second surface. The mounting plate has a flexible structure in which the second surface side is folded over the first surface side such that the opening of the plate is positioned over the dome switch on the first surface. This structure allows the board to be installed in the folded state in a predetermined case. After the circuit board is mounted, the dome switch on the first surface may be actuated through the opening from the second surface side in an operating surface of the housing.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Eingabevorrichtung mit einer Kraftsensorik für ein Fahrzeug anzugeben, die einfach und kostengünstig herzustellen ist, und die eine komfortable Bedienung ermöglicht.Based on the above-mentioned prior art, the invention is therefore based on the object of specifying an input device with a force sensor for a vehicle, which is simple and inexpensive to manufacture, and which allows a comfortable operation.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist somit eine Eingabevorrichtung mit einer Kraftsensorik für ein Fahrzeug angegeben, mit einer biegbaren kapazitativen Sensorschicht, die eine Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden aufweist, und einem Bedienflächenelement, wobei die kapazitative Sensorschicht einen ersten Bereich aufweist, der rückseitig an dem Bedienflächenelement gehalten ist, die kapazitative Sensorschicht einen zweiten Bereich aufweist, der relativ zu dem ersten Bereich um 180° umgebogen ist, die kapazitative Sensorschicht einen dritten Bereich aufweist, der relativ zu dem zweiten Bereich um umgebogen ist, zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ein Halteelement angeordnet ist, und zwischen dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich eine kompressible Schicht angeordnet ist, wobei in dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich jeweils eine kapazitative Sensorelektrode angeordnet ist, und der zweite Bereich und der dritte Bereich mit der kompressiblen Schicht einen Kraftsensor bilden.The invention thus provides an input device with a force sensor for a vehicle, with a bendable capacitive sensor layer, which has a plurality of capacitive sensor electrodes, and a control surface element, wherein the capacitive sensor layer has a first region which is held on the back of the control surface element, the capacitive Sensor layer has a second portion which is bent relative to the first region by 180 °, the capacitive sensor layer has a third region which is bent relative to the second region, between the first region and the second region, a holding element is arranged, and a compressible layer is arranged between the second region and the third region, wherein in each case a capacitive sensor electrode is arranged in the second region and the third region, and the second region and the third region with the compressible layer form a force sensor.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, einen Kraftsensor dadurch zu bilden, dass zwei kapazitative Sensoren miteinander gekoppelt werden. Durch die kompressible Schicht kann dabei eine Kopplung der beiden kapazitativen Sensoren beeinflusst werden, indem die kompressible Schicht beim Einwirken einer Kraft deformiert wird, d.h. die kompressible Schicht wird zusammengedrückt. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen der ersten kapazitativen Sensorelektrode und der zweiten kapazitativen Sensorelektrode, wodurch sich die Kopplung der beiden kapazitativen Sensoren ändert. Das Zusammendrücken der kompressiblen Schicht hängt dabei von einer darauf einwirkenden Kraft ab, so dass durch die beiden kapazitativen Sensoren gemeinsam mit der kompressiblen Schicht ein Kraftsensor gebildet wird. Die kapazitative Sensorschicht ist somit einteilig gebildet und kann wie im Stand der Technik bekannt gebildet werden, um kapazitative Sensoren herzustellen, wobei der Kraftsensor durch die Verwendung der an sich bekannten kapazitativen Sensorschicht mit den kapazitativen Sensorelektroden mit der kompressiblen Schicht gebildet wird.The basic idea of the present invention is therefore to form a force sensor in that two capacitive sensors are coupled together. The compressible layer can thereby influence a coupling of the two capacitive sensors by deforming the compressible layer upon application of a force, i. the compressible layer is compressed. This reduces the distance between the first capacitive sensor electrode and the second capacitive sensor electrode, whereby the coupling of the two capacitive sensors changes. The compression of the compressible layer depends on a force acting on it, so that a force sensor is formed by the two capacitive sensors together with the compressible layer. The capacitive sensor layer is thus formed in one piece and can be formed as known in the art to produce capacitive sensors, wherein the force sensor is formed by the use of the known capacitive sensor layer with the capacitive sensor electrodes with the compressible layer.

Die kapazitative Sensorschichte kann sich über den Bereich des Kraftsensors hinaus erstrecken, wobei in dem Bereich des zu bildenden Kraftsensors die beiden kapazitativen Sensorelektroden angeordnet sind. Dabei ist es ausreichend, wenn die kompressible Schicht lediglich im Bereich der übereinander positionierten ersten und zweiten kapazitativen Sensorelektroden ausgebildet bzw. angeordnet ist. Aufgrund der Biegbarkeit der kapazitativen Sensorschicht kann sich diese beispielsweise bei Krafteinwirkung in den Bereich der kompressiblen Schicht hinein verformen, oder eine seitliche Verdrängung erfahren. Durch das Halteelement wird dabei eine mechanische Entkopplung des Kraftsensors von dem Bedienflächenelement erreicht. Außerdem kann ein haptisches Feedback bei einer Betätigung des Kraftsensors bereitgestellt werden. Dadurch wird die Eingabevorrichtung mit einem hohen Bedienkomfort bereitgestellt.The capacitive sensor layer may extend beyond the region of the force sensor, the two capacitive sensor electrodes being arranged in the region of the force sensor to be formed. It is sufficient if the compressible layer is formed or arranged only in the region of the first and second capacitive sensor electrodes positioned one above the other. Due to the bendability of the capacitive sensor layer, it may deform, for example, when force is applied to the area of the compressible layer or undergo lateral displacement. By the holding element while a mechanical decoupling of the force sensor is achieved by the control surface element. In addition, haptic feedback may be provided upon actuation of the force sensor. Thereby, the input device is provided with a high ease of use.

Vorzugsweise weist die kapazitative Sensorschicht eine möglichst hohe Biegbarkeit auf, um einen geringen Biegeradius zu erreichen und einen kompakten Kraftsensor bereitstellen zu können. Vorzugsweise weist die kapazitative Sensorschicht insgesamt eine oder mehrere Trägerschichten auf, die sich durch die gesamte kapazitative Sensorschicht erstrecken. Durch das Umbiegen kann die Eingabevorrichtung im Wesentlichen aus einer einzelnen Sensorschicht gebildet werden, wobei verschiedene Bereiche verschiedene Funktionen übernehmen können.Preferably, the capacitive sensor layer has the highest possible flexibility in order to achieve a small bending radius and to be able to provide a compact force sensor. Preferably, the capacitive sensor layer comprises a total of one or more carrier layers, which extend through the entire capacitive sensor layer. By bending over, the input device can essentially be formed from a single sensor layer, wherein different areas can assume different functions.

Die beiden kapazitativen Sensoren in dem zweiten und dritten Bereich werden von einer Steuerschaltung und/oder Auswerteschaltung gemeinsam angesteuert und/oder ausgewertet, um ein Maß für die einwirkende Kraft zu bestimmen. Dabei kann jeweils ein so gebildeter Kraftsensor alleine angesteuert und/oder ausgewertet werden, oder in Kombination mit wenigstens einem weiteren Kraftsensor. Die Steuerschaltung und/oder Auswerteschaltung kann separat zu der Eingabevorrichtung ausgeführt sein, beispielsweise um eine zentrale Auswertung der Krafteinwirkung durchzuführen, oder als Teil der Eingabevorrichtung. In diesem Fall kann die Eingabevorrichtung unmittelbar ein Maß für die Krafteinwirkung ausgeben.The two capacitive sensors in the second and third regions are jointly controlled and / or evaluated by a control circuit and / or evaluation circuit in order to determine a measure of the applied force. In each case, a force sensor formed in this way can be controlled and / or evaluated alone, or in combination with at least one further force sensor. The control circuit and / or evaluation circuit may be implemented separately from the input device, for example to perform a central evaluation of the force action, or as part of the input device. In this case, the input device can immediately output a measure of the force.

Die Eingabevorrichtung ist zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgeführt, beispielsweise als Bedienelement für eine Komponente des Fahrzeugs. Dabei kann die Eingabevorrichtung einer Komponente fest zugeordnet sein, oder zur Bedienung einer Mehrzahl Komponenten des Fahrzeugs ausgeführt sein.The input device is designed for use in a vehicle, for example as a control element for a component of the vehicle. In this case, the input device of a component may be permanently assigned, or be designed to operate a plurality of components of the vehicle.

Die kapazitative Sensorschicht weist wenigstens in dem zweiten und dritten Bereich jeweils eine kapazitative Sensorelektrode auf, die außenseitig oder innerhalb der kapazitativen Sensorschicht angeordnet sein können. Die kapazitativen Sensorelektroden können beispielsweise flächig ausgeführt sein, oder in einer Fläche angeordnet sein, beispielsweise ein Leiter, der in einer Fläche in einer prinzipiell beliebigen Form angeordnet ist, beispielsweise mäanderförmig oder spiralförmig. Dabei kann jede Sensorelektrode ein oder mehrere elektrisch getrennte Elektrodenelemente umfassen, die gemeinsam die entsprechende Sensorelektrode bilden.The capacitive sensor layer has, in each case at least in the second and third regions, a capacitive sensor electrode, which can be arranged on the outside or inside the capacitive sensor layer. The capacitive sensor electrodes may, for example, have a planar design, or be arranged in a surface, for example a conductor which is arranged in a surface in a basically arbitrary shape, for example meandering or helical. In this case, each sensor electrode may comprise one or more electrically separated electrode elements, which together form the corresponding sensor electrode.

Die kapazitative Sensorschicht kann in dem zweiten und dritten Bereich jeweils eine Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden aufweisen, die entsprechend übereinander angeordnet sind, um eine Mehrzahl benachbarter Kraftsensoren zu bilden. Dabei müssen sich das Halteelement und die kompressible Schicht entsprechend weit erstrecken, um die benachbarten Kraftsensoren zu bilden.The capacitive sensor layer can each have a plurality of capacitive sensor electrodes in the second and third regions, which are arranged correspondingly one above the other to form a plurality of adjacent force sensors. In this case, the holding element and the compressible layer must extend correspondingly far to form the adjacent force sensors.

Die kompressible Schicht ermöglicht eine Bewegung und/oder Verformung der kapazitativen Sensorschicht im Bereich des so gebildeten Kraftsensors, indem die kompressible Schicht selber komprimiert wird. Dadurch können sich die erste und die zweite kapazitative Sensorelektrode relativ zueinander bewegen. Die Bewegung ist vorzugsweise derart, dass sich die zwei kapazitativen Sensorelektroden in einer flächigen Anordnung relativ zueinander bewegen. Dies kann bei einer Verformung der Sensorschicht verstärkt werden. Typischerweise ist die Bewegung der beiden kapazitativen Sensorelektroden bei Krafteinwirkung in einer Richtung aufeinander zu, während sich die beiden kapazitativen Sensorelektroden nach der Krafteinwirkung voneinander wegbewegen. Dabei kann die kapazitative Sensorschicht im Bereich des Kraftsensors die Verformung erfahren, um die erste und die zweite kapazitative Sensorelektrode relativ zueinander bewegen.The compressible layer allows movement and / or deformation of the capacitive Sensor layer in the region of the force sensor thus formed by the compressible layer itself is compressed. This allows the first and second capacitive sensor electrodes to move relative to each other. The movement is preferably such that the two capacitive sensor electrodes move in a planar arrangement relative to each other. This can be enhanced in a deformation of the sensor layer. Typically, the movement of the two capacitive sensor electrodes is toward one another when a force is applied in one direction, while the two capacitive sensor electrodes move away from one another after the force has been applied. In this case, the capacitive sensor layer in the region of the force sensor can undergo the deformation in order to move the first and the second capacitive sensor electrodes relative to one another.

Mit dem gebildeten Kraftsensor kann ein prinzipiell beliebiges Maß für die Krafteinwirkung bestimmt werden. Es wird typischerweise ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, welches das Maß für die Kraft angibt. Eine Messung der Kraft ist nicht erforderlich. Eine Betätigung des Kraftsensors erfolgt definitionsgemäß von einer Seite der kapazitativen Sensorschicht im Bereich der ersten kapazitativen Sensorelektrode, wobei die erste und die zweite kapazitative Sensorelektrode prinzipiell austauschbar sein können.With the force sensor formed can be determined in principle any measure of the force. Typically, a corresponding electrical signal is generated that indicates the measure of the force. A measurement of the force is not required. By definition, an actuation of the force sensor takes place from one side of the capacitive sensor layer in the region of the first capacitive sensor electrode, wherein the first and the second capacitive sensor electrode can in principle be exchangeable.

Das Bedienflächenelement stellt eine Fläche zur Bedienung der Eingabevorrichtung bereit. Das Bedienflächenelement kann entsprechend beispielsweise eine Beschriftung oder andersartige Markierung tragen. Außerdem kann das Bedienflächenelement beispielsweise mit einer Beleuchtung ausgeführt sein, um eine Rückmeldung über einen Schaltzustand der Eingabevorrichtung anzuzeigen, oder ähnliches. Das Bedienflächenelement kann prinzipiell eine beliebige Größe aufweisen, beginnend beispielsweise bei der Größe einer Fingerspitze zur Bedienung. Die Befestigung der kapazitativen Sensorschicht rückseitig an dem Bedienflächenelement bewirkt eine mechanische Kopplung, um über das Bedienflächenelement eine Kraft in den Kraftsensor einzuleiten.The operating surface element provides an area for operating the input device. The control surface element can accordingly carry, for example, a label or other type of marking. In addition, the control panel may be configured, for example, with illumination to indicate feedback about a switching state of the input device, or the like. The control surface element can in principle have any size, starting, for example, the size of a fingertip for operation. The attachment of the capacitive sensor layer on the back of the control surface element causes a mechanical coupling in order to introduce a force into the force sensor via the control surface element.

Der erste Bereich kann ebenfalls eine oder mehrere Sensorelektroden aufweisen. Dadurch kann die Eingabevorrichtung eine Eingabe durch Annäherung und/oder Berührung ermöglichen, d.h. bevor eine wesentliche Kraft auf das Bedienflächenelement ausgeübt wird. Eine Auswertung kann prinzipiell unabhängig von dem Kraftsensor erfolgen, oder in Kombination damit. Auch können Sensorelektroden in dem ersten Bereich versetzt von dem Kraftsensor angeordnet sein.The first region may also include one or more sensor electrodes. This allows the input device to allow input by proximity and / or touch, i. before a substantial force is exerted on the control surface element. An evaluation can in principle be made independently of the force sensor, or in combination with it. Also, sensor electrodes may be arranged offset from the force sensor in the first area.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die kapazitative Sensorschicht eine Substratschicht und eine Dielektrikumsschicht auf, wobei die Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden zwischen der Substratschicht und der Dielektrikumsschicht positioniert ist. Die Substratschicht kann dabei als stabilisierende Trägerschicht dienen, während durch die Dielektrikumsschicht kapazitative Eigenschaften der kapazitativen Sensorschicht beeinflusst und durch eine entsprechende Wahl eines dielektrischen Materials eingestellt werden können. Die Anordnung der Substratschicht und der Dielektrikumsschicht in der kapazitativen Sensorschicht bewirkt, dass sich bei dem Kraftsensor die Dielektrikumsschicht oder die Substratschicht jeweils gegenüberliegt. Sowohl die Substratschicht wie auch die Dielektrikumsschicht können eine geeignete Verformbarkeit aufweisen, um eine Bewegung der beiden kapazitativen Sensorelektroden relativ zueinander durch ihre Verformung zu verstärken.In an advantageous embodiment of the invention, the capacitive sensor layer has a substrate layer and a dielectric layer, wherein the plurality of capacitive sensor electrodes is positioned between the substrate layer and the dielectric layer. The substrate layer can serve as a stabilizing carrier layer, while capacitive properties of the capacitive sensor layer can be influenced by the dielectric layer and adjusted by a suitable choice of a dielectric material. The arrangement of the substrate layer and the dielectric layer in the capacitive sensor layer causes the force sensor to face the dielectric layer or the substrate layer in each case. Both the substrate layer and the dielectric layer may have suitable deformability to enhance movement of the two capacitive sensor electrodes relative to one another by their deformation.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die kompressible Schicht ein Luftpolster auf, das zwischen wenigstens zwei Stützelementen angeordnet ist, und das Luftpolster ist in einem Bereich zwischen den beiden Sensorelektroden des zweiten und dritten Bereichs angeordnet. Durch die Stützelemente kann eine Dicke des Luftpolsters und damit eine mögliche Bewegung der beiden kapazitativen Sensorelektroden relativ zueinander eingestellt bzw. vorgegeben werden. Luft ist leicht komprimierbar, so dass die erste und die zweite Sensorschicht gut relativ zueinander beweglich sind. Die Stützelemente sind vorzugweise nicht oder nur gering kompressibel. Die Stützelemente können als punktförmige, linienförmige oder flächige Stützelemente ausgeführt sein, die mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten des Luftpolsters angeordnet sind. Auch können umlaufende Stützelemente nach der Art eines umlaufenden Stützrings miteinander verbunden sein.In an advantageous embodiment of the invention, the compressible layer on an air cushion, which is arranged between at least two support elements, and the air cushion is arranged in a region between the two sensor electrodes of the second and third region. By the support elements, a thickness of the air cushion and thus a possible movement of the two capacitive sensor electrodes can be set or specified relative to each other. Air is easily compressible so that the first and second sensor layers are well movable relative to each other. The support elements are preferably not or only slightly compressible. The support elements may be designed as punctiform, linear or planar support elements, which are arranged at least on two opposite sides of the air cushion. Also, circumferential support members may be connected to each other in the manner of a circumferential support ring.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens zwei Stützelemente als selbstklebende oder selbsthaftende Stützelemente ausgeführt. Dadurch können die Stützelemente einfach an der ersten oder zweiten kapazitativen Sensorschicht angebracht werden. Die Anbringung der Stützelemente kann zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen, beispielsweise bei der Herstellung der Sensorlage.In an advantageous embodiment of the invention, the at least two support elements are designed as self-adhesive or self-adhesive support elements. Thereby, the support members can be easily attached to the first or second capacitive sensor layer. The attachment of the support elements can be done at any time, for example, in the production of the sensor layer.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Halteelement als selbstklebendes oder selbsthaftendes Halteelement ausgeführt. Dadurch kann das Halteelement einfach an dem ersten oder zweiten Bereich der kapazitativen Sensorschicht angebracht werden. Die Anbringung des Halteelements kann zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen, beispielsweise bei der Herstellung der kapazitativen Sensorschicht.In an advantageous embodiment of the invention, the holding element is designed as a self-adhesive or self-adhesive retaining element. Thereby, the holding member can be easily attached to the first or second region of the capacitive sensor layer. The attachment of the holding element can take place at any time, for example in the production of the capacitive sensor layer.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Eingabevorrichtung ein Abstützelement auf, und die kapazitative Sensorschicht liegt mit ihrem dritten Bereich an dem Abstützelement an oder ist daran gehalten. Durch das Abstützelement kann eine Komprimierung der kompressiblen Schicht erleichtert oder verstärkt werden. Das Abstützelement ist typischerweise selber nicht oder nur gering verformbar. Eine Betätigung des Kraftsensors erfolgt entsprechend von einer Seite der kapazitativen Sensorschicht im Bereich der ersten kapazitativen Sensorelektrode. Das Abstützelement ist vorzugsweise mit einem Zwischenelement an dem Abstützelement angebracht bzw. daran gehalten. Das Zwischenelement ist weiter bevorzugt elastisch ausgeführt, um eine mechanische Entkopplung zu bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann das Zwischenelement selbstklebend ausgeführt sein, um eine Anbringung zu erleichtern.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a support element, and the capacitive sensor layer abuts or is held by its third region on the support element. By the support element, compression of the compressible layer can be facilitated or enhanced. The support element is typically not or only slightly deformable itself. An actuation of the force sensor takes place correspondingly from one side of the capacitive sensor layer in the region of the first capacitive sensor electrode. The support element is preferably attached or held on the support element with an intermediate element. The intermediate element is further preferably designed to be elastic in order to effect a mechanical decoupling. Alternatively or additionally, the intermediate element can be made self-adhesive in order to facilitate attachment.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden zur Erfassung einer Annäherung oder einer Berührung ausgeführt. Für die Erfassung der Annäherung ist die Sensorelektrode basierend auf einer Eigenkapazität (self capacitance, self mode) ausgeführt. Dies erlaubt auch die Erfassung einer Berührung beispielsweise mit Handschuhen. Für die Erfassung der Berührung ist die Sensorelektrode basierend auf einer Gegenkapazität (mutual capacitance, mutual mode) ausgeführt. Bei einer Erfassung von Gegenkapazitäten kann beispielsweise durch eine hohe Dichte an interpolierbaren Elektrodeninformationen eine präzisere Berührungserkennung durchgeführt werden. Jede kapazitative Sensorelektrode kann dabei individuell ausgeführt sein.In an advantageous embodiment of the invention, the plurality of capacitive sensor electrodes for detecting an approach or a touch is executed. For the detection of the approach, the sensor electrode is designed based on a self-capacitance (self-capacitance). This also allows the detection of a touch, for example, with gloves. For the detection of the touch, the sensor electrode is designed based on a mutual capacitance (mutual mode). When detecting counter-capacitances, a more precise touch detection can be carried out, for example, by means of a high density of interpolatable electrode information. Each capacitive sensor electrode can be designed individually.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine oder mehrere der Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden als kapazitative Guardelektrode ausgeführt. Die Guardelektrode verbessert die elektromagnetische Kompatibilität, um Probleme beim Betrieb der Eingabevorrichtung zu verhindern. Auch kann eine elektrische Kopplung zwischen den beiden Sensorelektroden durch Einflüsse von Feuchtigkeit oder Dampf beeinflusst werden. Auch solche Einflüsse können mit der Guardelektrode reduziert werden. Beim jedem Kraftsensor kann eine prinzipiell beliebige der beiden Sensorelektroden als Guardelektrode ausgeführt sein. Bei einer Mehrzahl Sensorelektroden in dem ersten Bereich können eine oder mehrere der dortigen Sensorelektroden als Guardelektrode ausgeführt sein.In an advantageous embodiment of the invention, one or more of the plurality of capacitive sensor electrodes designed as a capacitive guard electrode. The guard electrode improves electromagnetic compatibility to prevent problems with the operation of the input device. Also, an electrical coupling between the two sensor electrodes can be influenced by the influence of moisture or steam. Even such influences can be reduced with the guard electrode. In principle, any of the two sensor electrodes can be designed as a guard electrode in each force sensor. In the case of a plurality of sensor electrodes in the first region, one or more of the sensor electrodes there may be designed as a guard electrode.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Eingabevorrichtung ein Befestigungselement auf, das zwischen dem Bedienflächenelement und dem ersten Bereich der kapazitativen Sensorschicht angeordnet ist. Das Befestigungselement ist bevorzugt elastisch ausgeführt, um eine mechanische Entkopplung zu bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann das Befestigungselement selbstklebend ausgeführt sein, um eine Anbringung zu erleichtern. Das Befestigungselement kann wahlweise an dem Bedienflächenelement oder an der kapazitativen Sensorschicht im dem ersten Bereich der kapazitativen Sensorschicht angebracht sein.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a fastening element which is arranged between the control surface element and the first region of the capacitive sensor layer. The fastening element is preferably made elastic, in order to effect a mechanical decoupling. Alternatively or additionally, the fastener may be self-adhesive to facilitate attachment. The fastening element can optionally be attached to the control surface element or to the capacitive sensor layer in the first region of the capacitive sensor layer.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Bedienflächenelement als Anzeigeelement, insbesondere nach der Art eines elektronisch ansteuerbaren Anzeigeelements ausgeführt. Das Bedienflächenelement kann somit zur Darstellung von Informationen genutzt werden, die auf dem Anzeigeelement dargestellt werden. Damit kann eine Eingabe mit dem Eingabeelement individuell durchgeführt und jeweils nach Bedarf angepasst werden.In an advantageous embodiment of the invention, the control surface element is designed as a display element, in particular in the manner of an electronically controllable display element. The control surface element can thus be used to display information that is displayed on the display element. Thus, an input with the input element can be performed individually and adapted as needed.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Eingabevorrichtung ein haptisches Rückkoppelelement auf, das angeordnet und ausgeführt ist, bei einer Betätigung der Eingabevorrichtung eine haptische Rückkopplung zu erzeugen. Das haptische Rückkoppelelement kann integral mit dem Bedienflächenelement ausgeführt sein. Durch die erzeugte haptische Rückmeldung kann eine Eingabe über die Eingabevorrichtung bestätigt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a haptic feedback element, which is arranged and designed to generate a haptic feedback upon actuation of the input device. The haptic feedback element can be embodied integrally with the control surface element. The generated haptic feedback can confirm an input via the input device.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist weist die Eingabevorrichtung eine Mehrzahl Kraftsensoren auf, die an einer Unterseite des Bedienflächenelements positioniert sind, insbesondere in Eckbereichen des Bedienflächenelements. Somit kann eine Betätigung der Eingabevorrichtung über das Bedienflächenelement auf dem Bedienflächenelement lokalisiert werden, abhängig von einer Kraft auf die einzelnen Kraftsensoren. Die Eingabevorrichtung kann dabei eine gemeinsame Verbindungsleitung zum Anschluss der Mehrzahl Kraftsensoren umfassen. Bei einem Bedienflächenelement mit Anzeigeelement kann zusätzlich das Anzeigeelement über die Verbindungsleitung elektrisch angeschlossen werden. Die Verbindungsleitung ist vorzugsweise nach der Art einer Flachbandleitung ausgeführt. Über eine gemeinsame Auswertung mehrerer Kraftsensoren kann nicht nur auf die Bedienposition geschlossen werden, sondern auch ein Vergleich mit einer Sensorik zur Erfassung einer Annäherung bzw. einer Berührung erfolgen. Dieser Vergleich kann zu einer Sicherheitsüberprüfung herangezogen werden. Die Sensorik zur Erfassung der Annäherung bzw. der Berührung kann gemeinsam mit dem Kraftsensor in der kapazitativen Sensorschicht ausgeführt sein. Alternativ können die erste und/oder zweite kapazitative Sensorelektrode angesteuert werden, um die Annäherung bzw. Berührung zu erfassen.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a plurality of force sensors, which are positioned on an underside of the operating surface element, in particular in corner regions of the operating surface element. Thus, an operation of the input device can be located on the control surface element on the control surface element, depending on a force on the individual force sensors. The input device may comprise a common connecting line for connecting the plurality of force sensors. In the case of a control surface element with display element, the display element can additionally be electrically connected via the connecting line. The connecting line is preferably designed in the manner of a ribbon cable. Not only can the operating position be deduced from a joint evaluation of several force sensors, but also a comparison with a sensor system for detecting an approach or a touch can be made. This comparison can be used for a security review. The sensor system for detecting the approach or the touch can be implemented together with the force sensor in the capacitive sensor layer. Alternatively, the first and / or second capacitive sensor electrodes may be driven to detect the touch.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Eingabevorrichtung eine Verbindungsleitung auf, und die kapazitative Sensorschicht ist in der Verbindungsleitung ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache und flexible Bereitstellung des Kraftsensors. Eine Position des Kraftsensors an der Unterseite des Bedienflächenelements kann somit nach Bedarf gewählt werden. Wenn die Verbindungsleitung beispielsweise austauschbar mit dem Bedienflächenelement verbunden ist, kann durch einen Austausch der Verbindungsleitung mit einem unterschiedlich angeordneten bzw. ausgebildeten Kraftsensor eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen zur Bedienung über das Bedienflächenelement erfolgen. Die Verbindungsleitung ist vorzugsweise eine Verbindungsleitung zur Ansteuerung eines Anzeigeelements des Bedienflächenelements, in welche zusätzlich wenigstens ein Kraftsensor integriert ist. Auch hier ist die Verbindungsleitung vorzugsweise nach der Art einer Flachbandleitung ausgeführt. Diese Ausgestaltung der Eingabevorrichtung ermöglicht es, den Kraftsensor erst bei Verwendung bereitzustellen. Die Verbindungsleitung kann zur elektrischen Ansteuerung des Bedienflächenelements ausgeführt sein. Die Verbindungsleitung kann zusätzlich zum elektrischen Anschluss der Kraftsensoren dienen.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a connecting line, and the capacitive sensor layer is formed in the connecting line. This embodiment allows a simple and flexible Provision of the force sensor. A position of the force sensor on the underside of the control surface element can thus be selected as needed. If the connecting line is, for example, exchangeably connected to the control surface element, an adaptation to different requirements for operation via the control surface element can be carried out by exchanging the connecting line with a differently arranged or designed force sensor. The connecting line is preferably a connecting line for controlling a display element of the control surface element, in which additionally at least one force sensor is integrated. Again, the connecting line is preferably designed in the manner of a ribbon cable. This embodiment of the input device makes it possible to provide the force sensor only when it is used. The connecting line can be designed for electrical control of the control surface element. The connecting line can additionally serve for the electrical connection of the force sensors.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragbar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings with reference to preferred embodiments. The illustrated features may represent an aspect of the invention both individually and in combination. Features of various embodiments are transmittable from one embodiment to another.

Es zeigt

  • 1 eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung mit einer durch eine durchgehende kapazitative Sensorschicht ausgebildeten Kraftsensorik und einem Halteelement gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform in einer seitlichen Schnittansicht,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung mit einem Bedienflächenelement und vier daran angebrachten Kraftsensoren gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von unten, und
  • 3 eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung mit einem Bedienflächenelement und einem in einer Verbindungsleitung ausgebildeten Kraftsensor gemäß einer dritten Ausführungsform in einer Ansicht von unten.
It shows
  • 1 1 a schematic representation of an input device with a force sensor system formed by a continuous capacitive sensor layer and a holding element according to a first, preferred embodiment in a lateral sectional view;
  • 2 a schematic representation of an input device with a control surface element and four attached force sensors according to a second embodiment in a view from below, and
  • 3 a schematic representation of an input device with a control surface element and a trained in a connecting line force sensor according to a third embodiment in a view from below.

Die 1 zeigt eine Eingabevorrichtung 10 gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform zur Verwendung in einem nicht dargestellten Fahrzeug, beispielsweise als Bedienelement für eine Komponente des Fahrzeugs. Dabei kann die Eingabevorrichtung einer Komponente fest zugeordnet sein, oder zur Bedienung einer Mehrzahl Komponenten des Fahrzeugs ausgeführt sein.The 1 shows an input device 10 according to a first preferred embodiment for use in a vehicle, not shown, for example, as a control for a component of the vehicle. In this case, the input device of a component may be permanently assigned, or be designed to operate a plurality of components of the vehicle.

Die Eingabevorrichtung 10 umfasst ein Bedienflächenelement 12, das eine Fläche zur Bedienung der Eingabevorrichtung 10 bereitstellt. Das Bedienflächenelement 12 weist beispielhaft eine Beschriftung oder andersartige Markierung und eine Beleuchtung auf, um eine Rückmeldung über einen Schaltzustand der Eingabevorrichtung 10 anzuzeigen. In einer alternativen Ausführungsform ist das Bedienflächenelement 12 als elektronisch ansteuerbares Anzeigeelements zur Darstellung von Informationen ausgeführt.The input device 10 includes a control surface element 12 which has a surface for operating the input device 10 provides. The control surface element 12 has, for example, a label or other type of marking and illumination to provide feedback on a switching state of the input device 10 display. In an alternative embodiment, the control surface element 12 executed as an electronically controllable display element for displaying information.

Die Eingabevorrichtung 10 umfasst eine biegbare kapazitative Sensorschicht 14, die eine Substratschicht 16 und eine Dielektrikumsschicht 18 aufweist. Die Substratschicht 16 dient als stabilisierende Trägerschicht, und die Dielektrikumsschicht 18 beeinflusst kapazitative Eigenschaften der kapazitativen Sensorschicht 14.The input device 10 includes a bendable capacitive sensor layer 14 which is a substrate layer 16 and a dielectric layer 18 having. The substrate layer 16 serves as a stabilizing carrier layer, and the dielectric layer 18 influences capacitive properties of the capacitive sensor layer 14 ,

Zwischen der Substratschicht 16 und der Dielektrikumsschicht 18 ist eine Mehrzahl kapazitativer Sensorelektroden 20, 21, 22, 24 angeordnet. Die kapazitativen Sensorelektroden 20, 21, 22, 24 sind flächig ausgeführt bzw. in einer Fläche angeordnet, beispielsweise mäanderförmig oder spiralförmig. Dabei kann jede Sensorelektrode 20, 21, 22, 24 ein oder mehrere elektrisch getrennte Elektrodenelemente umfassen, die gemeinsam die entsprechende Sensorelektrode 20, 21, 22, 24 bilden.Between the substrate layer 16 and the dielectric layer 18 is a plurality of capacitive sensor electrodes 20 . 21 . 22 . 24 arranged. The capacitive sensor electrodes 20 . 21 . 22 . 24 are flat or arranged in a surface, for example, meandering or spiral. In this case, each sensor electrode 20 . 21 . 22 . 24 comprise one or more electrically separated electrode elements, which together the corresponding sensor electrode 20 . 21 . 22 . 24 form.

Die kapazitative Sensorschicht 14 umfasst drei Bereiche 26, 28, 30, wobei die drei Bereiche 26, 28, 30 jeweils durch Umbiegen der kapazitativen Sensorschicht 14 um 180°gebildet sind. Entsprechend umfasst die kapazi tative Sensorschicht 14 einen ersten Bereich 26, der rückseitig an dem Bedienflächenelement 12 gehalten ist. Dazu ist zwischen dem Bedienflächenelement 12 und dem ersten Bereich 26 der kapazitativen Sensorschicht 14 ein Befestigungselement 32 klebend befestigt. Das Befestigungselement 32 ist selbstklebend ausgeführt. Das Bedienflächenelement 12 ist über das Befestigungselement 32 mechanisch mit dem ersten Bereich 26 der kapazitativen Sensorschicht 14 gekoppelt.The capacitive sensor layer 14 includes three areas 26 . 28 . 30 , the three areas 26 . 28 . 30 each by bending the capacitive sensor layer 14 are formed by 180 °. Accordingly, the capacitive sensor layer comprises 14 a first area 26 , the back of the control surface element 12 is held. This is between the control surface element 12 and the first area 26 the capacitive sensor layer 14 a fastener 32 adhesively attached. The fastener 32 is self-adhesive. The control surface element 12 is about the fastener 32 mechanically with the first area 26 the capacitive sensor layer 14 coupled.

An den ersten Bereich 26 schließt sich ein zweiter Bereich 28 an, der gegenüber dem ersten Bereich 26 um 180° umgebogen ist. Die kapazi tative Sensorschicht 14 weist dabei eine möglichst hohe Biegbarkeit auf, um einen geringen Biegeradius zu erreichen. Zwischen dem ersten Bereich 26 und dem zweiten Bereich 28 ist ein Halteelement 34 angeordnet. Das Halteelement 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel als selbstklebendes oder selbsthaftendes Halteelement 34 ausgeführt.At the first area 26 closes a second area 28 at the opposite of the first area 26 bent over 180 °. The capacitive sensor layer 14 has the highest possible flexibility to achieve a low bending radius. Between the first area 26 and the second area 28 is a holding element 34 arranged. The holding element 34 is in this embodiment as a self-adhesive or self-adhesive retaining element 34 executed.

An den zweiten Bereich 28 schließt sich ein dritter Bereich 30 an, der wiederum gegenüber dem zweiten Bereich 28 um 180° umgebogen ist. Zwischen dem zweiten Bereich 28 und dem dritten Bereich 30 ist eine kompressible Schicht 36 angeordnet. Die kompressible Schicht 36 ist hier mit einem Luftpolster 38 ausgeführt, das zwischen seitlichen Stützelementen 40 angeordnet ist. Die Stützelemente 40 sind nur gering kompressibel. Die Stützelemente 40 sind in diesem Ausführungsbeispiel als linienförmige Stützelemente 40 ausgeführt und an vier Seiten des Luftpolsters 32 angeordnet. Alternativ können die Stützelemente 34 nach der Art eines umlaufenden Stützrings miteinander verbunden sein. Die Stützelemente 34 sind als selbstklebende Stützelemente 34 zur klebenden Anbringung zwischen dem zweiten und dritten Bereich 26, 28 der kapazitativen Sensorschicht 14 ausgeführt.To the second area 28 joins a third area 30 in turn, facing the second area 28 bent over 180 °. Between the second area 28 and the third area 30 is a compressible layer 36 arranged. The compressible layer 36 is here with an air cushion 38 executed, that between lateral support elements 40 is arranged. The support elements 40 are only slightly compressible. The support elements 40 are in this embodiment as a linear support elements 40 executed and on four sides of the air cushion 32 arranged. Alternatively, the support elements 34 be connected to each other in the manner of a circumferential support ring. The support elements 34 are as self-adhesive support elements 34 for adhesive attachment between the second and third areas 26 . 28 the capacitive sensor layer 14 executed.

In dem ersten Bereich 26 sind erste kapazitative Sensorelektroden 20, 21 angeordnet, in dem zweiten Bereich 26 ist eine zweite kapazitative Sensorelektrode 22 angeordnet, und in dem dritten Bereich 30 ist eine dritte kapazitative Sensorelektrode 24 angeordnet. Die kapazitativen Sensorelektroden 20, 21, 22, 24 sind dabei zur Erfassung einer Berührung basierend auf einer Gegenkapazität (mutual capacitance, mutual mode) ausgeführt. Alternativ sind die kapazitativen Sensorelektroden 20, 21, 22, 24 zur Erfassung einer Annäherung basierend auf einer Eigenkapazität (self capacitance, self mode) ausgeführt.In the first area 26 are first capacitive sensor electrodes 20 . 21 arranged in the second area 26 is a second capacitive sensor electrode 22 arranged, and in the third area 30 is a third capacitive sensor electrode 24 arranged. The capacitive sensor electrodes 20 . 21 . 22 . 24 are designed to detect a touch based on a mutual capacitance (mutual capacitance, mutual mode). Alternatively, the capacitive sensor electrodes 20 . 21 . 22 . 24 designed to detect an approach based on a self-capacitance (self-capacitance).

Im umgebogenen Zustand liegen die zweite und dritte kapazitative Sensorelektrode 22, 24 so übereinander, dass der zweite Bereich 28 und der dritte Bereich 30 mit der kompressiblen Schicht 36 einen Kraftsensor 42 bilden. Das Luftpolster 38 ist dabei in einem Bereich zwischen der zweiten und dritten kapazitativen Sensorelektrode 22, 24 angeordnet.In the bent state are the second and third capacitive sensor electrode 22 . 24 so on top of each other that the second area 28 and the third area 30 with the compressible layer 36 a force sensor 42 form. The air cushion 38 is in a range between the second and third capacitive sensor electrode 22 . 24 arranged.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine der ersten kapazitativen Sensorelektroden 20, 21 als kapazitative Guardelektrode 21 ausgeführt. Bei dem Kraftsensor 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel die zweite kapazitative Sensorelektrode 22 als Guardelektrode ausgeführt.In the present embodiment, one of the first capacitive sensor electrodes 20 . 21 as a capacitive guard electrode 21 executed. At the force sensor 42 is the second capacitive sensor electrode in this embodiment 22 designed as a guard electrode.

Die Eingabevorrichtung 10 umfasst weiterhin ein Abstützelement 44, an dem der dritte Bereich 30 der kapazitativen Sensorschicht 14 mit einem Zwischenelement 46 befestigt ist. Das Abstützelement 44 ist selber nicht oder nur gering verformbar.The input device 10 further comprises a support element 44 at which the third area 30 the capacitive sensor layer 14 with an intermediate element 46 is attached. The support element 44 is itself not or only slightly deformable.

Die Eingabevorrichtung 10 weist außerdem ein hier nicht dargestelltes haptisches Rückkoppelelement auf, das angeordnet und ausgeführt ist, bei einer Betätigung der Eingabevorrichtung 10 über das Bedienflächenelement 12 eine haptische Rückkopplung zu erzeugen. Durch das elastisch ausgeführte Befestigungselement 32 wird dabei eine mechanische Entkopplung des Rückkoppelelements auf den Kraftsensor 42 bewirkt.The input device 10 also has a haptic feedback element, not shown here, which is arranged and embodied, upon actuation of the input device 10 over the control panel element 12 to create a haptic feedback. By the elastic running fastener 32 In this case, a mechanical decoupling of the feedback element on the force sensor 42 causes.

Die zweiten und dritten kapazitativen Sensorelektroden 22, 24 in dem zweiten und dritten Bereich 28, 30 werden von einer nicht dargestellten Steuerschaltung und/oder Auswerteschaltung gemeinsam angesteuert und/oder ausgewertet, um ein Maß für eine einwirkende Kraft zu bestimmen. Dabei kann jeweils ein so gebildeter Kraftsensor 42 alleine angesteuert und/oder ausgewertet werden, oder in Kombination mit wenigstens einem weiteren Kraftsensor 42. Es kann ein prinzipiell beliebiges Maß für eine Krafteinwirkung bestimmt werden, wobei von der. Steuerschaltung und/oder Auswerteschaltung ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird, welches das Maß für die Kraft angibt.The second and third capacitive sensor electrodes 22 . 24 in the second and third areas 28 . 30 are jointly controlled by a control circuit and / or evaluation circuit, not shown, and / or evaluated to determine a measure of an applied force. In each case, a force sensor formed in this way can be used 42 be driven and / or evaluated alone, or in combination with at least one other force sensor 42 , It can be determined in principle any measure of a force, wherein of the. Control circuit and / or evaluation circuit, a corresponding electrical signal is generated, which indicates the measure of the force.

Zusätzlich werden die ersten kapazitativen Sensorelektroden 20 in dem ersten Bereich 26 von der Steuerschaltung und/oder Auswerteschaltung angesteuert und/oder ausgewertet, um in an sich bekannter Weise eine Annäherung und/oder eine Berührung der Eingabevorrichtung 10 zu erfassen.In addition, the first capacitive sensor electrodes 20 in the first area 26 controlled by the control circuit and / or evaluation circuit and / or evaluated, in a conventional manner, an approach and / or a touch of the input device 10 capture.

Die Steuerschaltung und/oder Auswerteschaltung kann separat zu der Eingabevorrichtung 10 ausgeführt sein, beispielsweise um eine zentrale Auswertung der Krafteinwirkung durchzuführen, oder als Teil der Eingabevorrichtung 10.The control circuit and / or evaluation circuit may be separate from the input device 10 be executed, for example, to perform a central evaluation of the force, or as part of the input device 10 ,

Eine Betätigung der Eingabevorrichtung 10 erfolgt von der Seite des Bedienflächenelements 12. Eine darauf ausgeübte Kraft wird über das Befestigungselement 32 und auf den ersten Bereich 26 der kapazitativen Sensorschicht 14 und darüber auf das Halteelement 34 übertragen. Von dort wird die Kraft auf den Kraftsensor 42 übertragen. Der Kraftsensor 42 selber stützt sich über das Zwischenelement 46 an dem Abstützelement 44 ab. Dadurch erfolgt eine Komprimierung des Luftpolsters 38. Dies bewirkt eine Verschiebung der zweiten und dritten kapazitativen Sensorelektrode 22, 24 derart, dass sich die zweite und dritte kapazitative Sensorelektrode 22, 24 bei einer Krafteinwirkung in ihrer flächigen Anordnung aufeinander zu bewegen, und nach der Krafteinwirkung entsprechend umgekehrt.An operation of the input device 10 takes place from the side of the control surface element 12 , An applied force is applied via the fastener 32 and on the first area 26 the capacitive sensor layer 14 and on the holding element 34 transfer. From there, the force on the force sensor 42 transfer. The force sensor 42 itself is supported by the intermediate element 46 on the support element 44 from. This results in a compression of the air cushion 38 , This causes a shift of the second and third capacitive sensor electrodes 22 . 24 such that the second and third capacitive sensor electrodes 22 . 24 to move towards each other at a force in their planar arrangement, and vice versa according to the force.

2 zeigt eine Eingabevorrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Eingabevorrichtung 10 der zweiten Ausführungsform basiert auf der Eingabevorrichtung 10 der ersten Ausführungsform, so dass nachfolgend nur Unterschiede zwischen den Eingabevorrichtungen 10 der ersten und zweiten Ausführungsform im Detail erörtert werden. Hier nicht erneut beschriebene Details entsprechen im Zweifel denen der Eingabevorrichtung 10 der ersten Ausführungsform. 2 shows an input device 10 according to a second embodiment. The input device 10 The second embodiment is based on the input device 10 of the first embodiment, so that below only differences between the input devices 10 The first and second embodiments will be discussed in detail. In this case, details not described here again correspond to those of the input device 10 the first embodiment.

Gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst die Eingabevorrichtung 10 ein rechteckiges Bedienflächenelement 12 mit vier daran angebrachten Kraftsensoren 42. Jeder der Kraftsensoren 42 ist wie in Bezug auf die Eingabevorrichtung 10 der ersten Ausführungsform beschrieben ausgeführt und entsprechend angeordnet. Die Kraftsensoren 42 sind an den vier Ecken des Bedienflächenelements 12 an einer Unterseite des Bedienflächenelements 12 angeordnet, und werden von der Steuer- und Auswerteschaltung gemeinsam angesteuert. Die Steuer- und Auswerteschaltung ist ausgeführt, eine Betätigung der Eingabevorrichtung 10 über das Bedienflächenelement 12 abhängig von einer Kraft auf die einzelnen Kraftsensoren 42 auf dem Bedienflächenelement 12 zu lokalisieren. Die Eingabevorrichtung 10 umfasst dabei eine gemeinsame Verbindungsleitung 50 zum Anschluss der Kraftsensoren 42. Die Verbindungsleitung 50 ist nach der Art einer Flachbandleitung ausgeführt mit einem flexiblen, flachen Kabel 52 und einem Stecker 54. Die Verbindungsleitung 50 ist aufgeteilt, um die vier Kraftsensoren 42 zu bilden.According to the second embodiment, the input device comprises 10 a rectangular control surface element 12 with four attached force sensors 42 , Each of the force sensors 42 is like with respect to the input device 10 The first embodiment described executed and arranged accordingly. The force sensors 42 are at the four corners of the control surface element 12 on an underside of the control surface element 12 arranged, and are controlled jointly by the control and evaluation circuit. The control and evaluation circuit is executed, an operation of the input device 10 over the control panel element 12 depending on a force on the individual force sensors 42 on the control surface element 12 to locate. The input device 10 includes a common connection line 50 for connecting the force sensors 42 , The connection line 50 is designed in the manner of a ribbon cable with a flexible, flat cable 52 and a plug 54 , The connection line 50 is split to the four force sensors 42 to build.

3 zeigt eine Eingabevorrichtung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Eingabevorrichtung 10 der dritten Ausführungsform basiert auf der Eingabevorrichtung 10 der ersten Ausführungsform, so dass nachfolgend nur Unterschiede zwischen den Eingabevorrichtungen 10 der ersten und dritten Ausführungsform im Detail erörtert werden. Hier nicht erneut beschriebene Details entsprechen im Zweifel denen der Eingabevorrichtung 10 der ersten Ausführungsform. 3 shows an input device 10 according to a third embodiment. The input device 10 The third embodiment is based on the input device 10 of the first embodiment, so that below only differences between the input devices 10 The first and third embodiments will be discussed in detail. In this case, details not described here again correspond to those of the input device 10 the first embodiment.

Gemäß der dritten Ausführungsform umfasst die Eingabevorrichtung 10 ein rechteckiges Bedienflächenelement 12, das hier integral als Anzeigevorrichtung ausgeführt ist. Die Eingabevorrichtung 10 umfasst weiter eine Verbindungsleitung 50 zum Anschluss des Bedienflächenelements 12 mit der Anzeigevorrichtung. Die Verbindungsleitung 50 ist nach der Art einer Flachbandleitung ausgeführt mit einem flexiblen, flachen Kabel 52 und einem Stecker 54. In der Verbindungsleitung 50 ist ein Kraftsensor 42 angeordnet. Der Kraftsensor 42 entspricht dem Kraftsensor 42 der ersten Ausführungsform. Der Kraftsensor 12 ist ebenfalls über die Verbindungsleitung 50 mit der Steuer- und Auswerteschaltung elektrisch verbunden.According to the third embodiment, the input device comprises 10 a rectangular control surface element 12 , which is embodied here integrally as a display device. The input device 10 further includes a connection line 50 for connecting the control surface element 12 with the display device. The connection line 50 is designed in the manner of a ribbon cable with a flexible, flat cable 52 and a plug 54 , In the connection line 50 is a force sensor 42 arranged. The force sensor 42 corresponds to the force sensor 42 the first embodiment. The force sensor 12 is also over the connection line 50 electrically connected to the control and evaluation circuit.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Eingabevorrichtunginput device
1212
BedienflächenelementControl surface element
1414
kapazitative Sensorschichtcapacitive sensor layer
1616
Substratschichtsubstrate layer
1818
Dielektrikumsschichtdielectric
2020
erste kapazitative Sensorelektrodefirst capacitive sensor electrode
2121
erste kapazitative Sensorelektrode, Guardelektrodefirst capacitive sensor electrode, guard electrode
2222
zweite kapazitative Sensorelektrode, Guardelektrodesecond capacitive sensor electrode, guard electrode
2424
dritte kapazitative Sensorelektrodethird capacitive sensor electrode
2626
erster Bereichfirst area
2828
zweiter Bereichsecond area
3030
dritter Bereichthird area
3232
Befestigungselementfastener
3434
Halteelementretaining element
3636
kompressible Schichtcompressible layer
3838
Luftpolsterbubble
4040
Stützelementsupport element
4242
Kraftsensorforce sensor
4444
Abstützelementsupporting
4646
Zwischenelementintermediate element
5050
Verbindungsleitungconnecting line
5252
Kabelelectric wire
5454
Steckerplug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2010/0230181 A1 [0005]US 2010/0230181 A1 [0005]
  • JP 2009193467 A1 [0006]JP 2009193467 A1 [0006]

Claims (13)

Eingabevorrichtung (10) mit einer Kraftsensorik für ein Fahrzeug, mit einer biegbaren kapazitativen Sensorschicht (14), die eine Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden (20, 21, 22, 24) aufweist, und einem Bedienflächenelement (12), wobei die kapazitative Sensorschicht (14) einen ersten Bereich (26) aufweist, der rückseitig an dem Bedienflächenelement (12) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitative Sensorschicht (14) einen zweiten Bereich (28) aufweist, der relativ zu dem ersten Bereich (26) um 180° umgebogen ist, die kapazitative Sensorschicht (14) einen dritten Bereich (30) aufweist, der relativ zu dem zweiten Bereich (28) um 180° umgebogen ist, zwischen dem ersten Bereich (26) und dem zweiten Bereich (28) ein Halteelement (34) angeordnet ist, und zwischen dem zweiten Bereich (28) und dem dritten Bereich (30) eine kompressible Schicht (36) angeordnet ist, wobei in dem zweiten Bereich (28) und dem dritten Bereich (30) jeweils eine kapazitative Sensorelektrode (20, 21, 22, 24) angeordnet ist, und der zweite Bereich (28) und der dritte Bereich (30) mit der kompressiblen Schicht (36) einen Kraftsensor (42) bilden.An input device (10) having a force sensor system for a vehicle, having a bendable capacitive sensor layer (14) which has a plurality of capacitive sensor electrodes (20, 21, 22, 24), and a control surface element (12), wherein the capacitive sensor layer (14) a first region (26) which is retained on the back of the control surface element (12), characterized in that the capacitive sensor layer (14) has a second region (28) which is bent by 180 ° relative to the first region (26) in that the capacitive sensor layer (14) has a third region (30) that is bent by 180 ° relative to the second region (28), a holding element (34) between the first region (26) and the second region (28). is arranged, and between the second region (28) and the third region (30) a compressible layer (36) is arranged, wherein in the second region (28) and the third region (30) each have a capacitive sensor electrode (2 0, 21, 22, 24), and the second region (28) and the third region (30) with the compressible layer (36) form a force sensor (42). Eingabevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitative Sensorschicht (14) eine Substratschicht (16) und eine Dielektrikumsschicht (18) aufweist, wobei die Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden (20, 21, 22, 24) zwischen der Substratschicht (16) und der Dielektrikumsschicht (18) positioniert ist.Input device (10) after Claim 1 characterized in that the capacitive sensor layer (14) comprises a substrate layer (16) and a dielectric layer (18), the plurality of capacitive sensor electrodes (20, 21, 22, 24) being between the substrate layer (16) and the dielectric layer (18). is positioned. Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kompressible Schicht (36) ein Luftpolster (38) aufweist, das zwischen wenigstens zwei Stützelementen (40) angeordnet ist, und das Luftpolster (38) in einem Bereich zwischen den kapazitativen Sensorelektroden (20, 21, 22, 24) des zweiten und dritten Bereichs (28, 30) angeordnet ist.An input device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the compressible layer (36) comprises an air cushion (38) disposed between at least two support members (40) and the air cushion (38) in an area between the capacitive ones Sensor electrodes (20, 21, 22, 24) of the second and third regions (28, 30) is arranged. Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Stützelemente (40) als selbstklebende oder selbsthaftende Stützelemente (40) ausgeführt sind.Input device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two support elements (40) are designed as self-adhesive or self-adhesive support elements (40). Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung (10) ein Abstützelement (44) aufweist, und die kapazitative Sensorschicht (14) mit ihrem dritten Bereich (30) an dem Abstützelement (44) anliegt oder daran gehalten ist.Input device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the input device (10) has a support element (44), and the capacitive sensor layer (14) with its third region (30) on the support element (44) abuts or held is. Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden (20, 21, 22, 24) zur Erfassung einer Annäherung oder einer Berührung ausgeführt ist.Input device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the plurality of capacitive sensor electrodes (20, 21, 22, 24) is designed to detect an approach or a touch. Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Mehrzahl kapazitative Sensorelektrode (20, 21, 22, 24) des zweiten Bereichs (28) oder des dritten Bereichs (30) als kapazitative Guardelektrode (21, 22) ausgeführt ist.Input device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that one or more of the plurality of capacitive sensor electrodes (20, 21, 22, 24) of the second region (28) or the third region (30) as capacitive guard electrode (21, 22 ) is executed. Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (34) als selbstklebendes oder selbsthaftendes Halteelement (34) ausgeführt ist.Input device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the holding element (34) is designed as a self-adhesive or self-adhesive retaining element (34). Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung (10) ein Befestigungselement (32) aufweist, das zwischen dem Bedienflächenelement (12) und dem ersten Bereich (26) der kapazitativen Sensorschicht (14) angeordnet ist.Input device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the input device (10) has a fastening element (32) which is arranged between the control surface element (12) and the first region (26) of the capacitive sensor layer (14). Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienflächenelement (12) als Anzeigeelement, insbesondere nach der Art eines elektronisch ansteuerbaren Anzeigeelements ausgeführt ist.Input device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the control surface element (12) is designed as a display element, in particular in the manner of an electronically controllable display element. Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung (10) ein haptisches Rückkoppelelement aufweist, das angeordnet und ausgeführt ist, bei einer Betätigung der Eingabevorrichtung (10) eine haptische Rückkopplung zu erzeugen.Input device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the input device (10) comprises a haptic feedback element which is arranged and designed to generate a haptic feedback upon actuation of the input device (10). Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung eine Mehrzahl Kraftsensoren (42) aufweist, die an einer Unterseite des Bedienflächenelements (12) positioniert sind, insbesondere in Eckbereichen des Bedienflächenelements (12).Input device (10) according to one of the preceding Claims 8 to 11 , characterized in that the input device comprises a plurality of force sensors (42) which are positioned on an underside of the control surface element (12), in particular in corner regions of the control surface element (12). Eingabevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung (10) eine Verbindungsleitung (50) aufweist, und die kapazitative Sensorschicht (14) in der Verbindungsleitung (50) ausgebildet ist.Input device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the input device (10) has a connecting line (50), and the capacitive sensor layer (14) in the connecting line (50) is formed.
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