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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drucktastensystem mit einer oder mehreren durch Druckkraft betätigbaren Drucktasten.
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Durch Druckkraft betätigbare Drucktasten weisen in der Regel eine Abdeckung mit einer einem Benutzer zugewandten Benutzerseite und einer einem Benutzer abgewandten Innenseite auf, wobei die Abdeckung einen Bedienabschnitt definiert und in diesem Bedienabschnitt durch eine Druckkraft von der Benutzerseite her zumindest teilweise elastisch verformbar und/oder bewegbar ist, und eine Sensorvorrichtung mit einem Sensor auf der Innenseite der Abdeckung zum Erfassen einer Verformung oder Bewegung der Abdeckung im Bereich des Bedienabschnitts und wenigstens einer Sensorschaltung zum Ansteuern des Sensors und Auswerten der Messsignale des Sensors. Die
DE 20 2014 012 788 B4 offenbart beispielsweise eine Bedienvorrichtung mit mehreren solchen Drucktasten, deren Betätigung jeweils mittels eines elektromagnetischen Sensors erfasst wird. Im Laufe der Betriebszeit kann es zu einer verschlechterten Funktionsweise (z.B. Ermüdung im Ansprechverhalten) bis hin zum Ausfall der Drucktaste kommen. Die Entwicklung eines solchen Fehlverhaltens bzw. Ausfalls wird in der Regel verstärkt durch sich ständig ändernde Umwelteinflüsse bzw. Betriebsbedingungen (wie zum Beispiel Temperatur und Feuchtigkeitsgrad in der Umgebung der Drucktaste).
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Drucktastensystem mit wenigstens einer durch Druckkraft betätigbaren Drucktaste zu schaffen, die einen zuverlässigen Betrieb über eine längere Betriebsdauer gewährleisten kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Drucktastensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das Drucktastensystem der Erfindung weist wenigstens eine Drucktaste (d.h. ein oder mehrere Drucktasten) auf, wobei die Drucktaste aufweist: eine Abdeckung mit einer einem Benutzer zugewandten Benutzerseite und einer einem Benutzer abgewandten Innenseite, wobei die Abdeckung einen Bedienabschnitt definiert und in diesem Bedienabschnitt durch eine Druckkraft von der Benutzerseite her zumindest teilweise elastisch verformbar und/oder bewegbar ist; und eine Sensorvorrichtung mit wenigstens einem Sensor auf der Innenseite der Abdeckung zum Erfassen einer Verformung oder Bewegung der Abdeckung im Bereich des Bedienabschnitts und wenigstens einer Sensorschaltung zum Ansteuern des wenigstens einen Sensors und Auswerten der Messsignale des wenigstens einen Sensors. Gemäß der Erfindung weist das Drucktastensystem zudem eine Steuereinheit auf, die aufweist: einen Prozessor und einen Speicher, in dem Befehle gespeichert sind, die bei einer Ausführung durch den Prozessor die Steuereinheit dazu veranlassen, die wenigstens eine Sensorvorrichtung der wenigstens einen Drucktaste an Betriebsbedingungen, insbesondere sich verändernde Betriebsbedingungen des Drucktastensystems anzupassen.
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Mit Hilfe der zusätzlichen Steuereinheit ist das Drucktastensystem derart programmierbar, dass die wenigstens eine Sensorvorrichtung der wenigstens einen Drucktaste an sich verändernde Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Durch eine derartige Anpassung der Sensorvorrichtung kann eine Betätigung einer Drucktaste des Drucktastensystems auch bei sich ändernden Betriebsbedingungen weiter zuverlässig erkannt werden. Dies kann zu einer Erhöhung der Funktionssicherheit und einer Verlängerung der Betriebsdauer des Drucktastensystems führen. Die sich verändernden Betriebsbedingungen umfassen insbesondere Alterungserscheinungen der Komponenten des Drucktastensystems, die eine Funktionsweise der Drucktasten beeinflussen. Derartige Alterungserscheinungen werden insbesondere durch sich verändernde Umwelteinflüsse wie zum Beispiel Temperatur und Feuchtigkeitsgrad in der Umgebung des Drucktastensystems und durch Abnutzungseffekte durch Betätigungen der Drucktasten verursacht.
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Die Abdeckung der Drucktasten ist grundsätzlich beliebig, sie kann insbesondere elektrisch leitfähig oder elektrisch isolierend sein und lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig sein. Vorzugsweise ist die Abdeckung aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium, einem Kunststoffmaterial, Keramik oder dergleichen gefertigt. Im Fall von mehreren Drucktasten können diese mehreren Drucktasten oder zumindest ein Teil dieser mehreren Drucktasten bevorzugt eine gemeinsame Abdeckung haben. Die elastische Verformbarkeit der Abdeckung im Bereich des Bedienabschnitts wird insbesondere durch die Materialauswahl und die Dicke der Abdeckung erzielt; die alternative elastische Bewegbarkeit kann vorzugsweise durch eine gefederte Lagerung der Abdeckung realisiert werden. Die Auswahl einer geeigneten Abdeckung hängt gegebenenfalls von der Art der Sensoren der Sensorvorrichtung ab.
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Die Sensoren der Sensorvorrichtung sind ebenfalls grundsätzlich beliebig, das Messprinzip kann zum Beispiel kapazitiv, elektromagnetisch, optisch, induktiv, piezoelektrisch oder resistiv sein. Falls das Drucktastensystem mehrere Drucktasten enthält, können die Drucktasten wahlweise Sensorvorrichtung mit gleichen oder mit unterschiedlichen Sensorarten aufweisen. Falls eine Drucktaste des Drucktastensystems eine Sensorvorrichtung mit mehreren Sensoren enthält, können bevorzugt unterschiedliche Sensorarten, aber auch gleiche Sensorarten in der einen Drucktaste vorgesehen sein.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinheit ferner eine Kommunikationsvorrichtung zum Eingeben von Befehlen oder Befehlsänderungen aufweisen. Die Programmierung des Drucktastensystems kann so auf einfache Weise erfolgen, wahlweise durch den Hersteller des Drucktastensystems (z.B. als Default-Einstellung), den Hersteller einer das Drucktastensystem verwendenden Vorrichtung oder den Benutzer des Drucktastensystems bzw. der das Drucktastensystem verwendenden Vorrichtung. Die Kommunikationsvorrichtung ermöglicht vorzugsweise eine kabellose Kommunikation zum Beispiel per Funk und/oder auch eine leitungsgebundene Kommunikation zum Beispiel mittels USB-Anschluss.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit des Drucktastensystems so programmiert, dass die Befehle bei ihrer Ausführung durch den Prozessor die Steuereinheit auf Basis der von der wenigstens einen Sensorschaltung der Sensorvorrichtung ausgewerteten Messsignale des wenigstens einen Sensors Veränderungen der Betriebsbedingungen des Drucktastensystems erkennen lassen.
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Vorzugsweise können die Befehle bei ihrer Ausführung durch den Prozessor die Steuereinheit auf Basis der von der wenigstens einen Sensorschaltung der Sensorvorrichtung ausgewerteten Messsignale des wenigstens einen Sensors eine Veränderung der Druckkräfte bei einer Betätigung der wenigstens einen Drucktaste durch einen Benutzer erkennen lassen. So kann zum Beispiel eine sich verändernde Krafteinwirkung auf die Drucktaste (zum Beispiel Betätigungsgeschwindigkeit oder stakatoähnliche Betätigung oder größere oder geringere Druckkräfte) als ein Indikator für einen erhöhten Verschleiß herangezogen werden.
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Bei der letztgenannten Ausführungsform können die Befehle bei ihrer Ausführung durch den Prozessor als Reaktion auf das Erkennen einer Veränderung der Druckkräfte bei einer Betätigung der wenigstens einen Drucktaste durch einen Benutzer die Steuereinheit vorzugsweise ein Auswerteverfahren der wenigstens einen Sensorschaltung der Sensorvorrichtung anpassen lassen. Beispielsweise können die Schwellenwerte der Verformung oder Bewegung des Bedienabschnitts zum Erkennen einer Betätigung der Drucktaste abgeändert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Drucktastensystem ferner eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der erkannten Veränderungen der Betriebsbedingungen und/oder einer an erkannte Veränderungen der Betriebsbedingungen angepassten Funktionsweise des Drucktastensystems auf. Mit der Anzeigevorrichtung kann dem Benutzer zum Beispiel ein Warnhinweis auf eine Alterung des Drucktastensystems angezeigt werden, sodass er/sie sich rechtzeitig um eine Reparatur oder einen Austausch des Drucktastensystems oder seiner Drucktasten bemühen kann. Alternativ oder zusätzlich kann dem Benutzer auch ein Hinweis zur Nutzung einer anderen von mehreren Drucktasten oder einer angepassten Betätigung der Drucktaste angezeigt werden. Die Anzeigevorrichtung ist vorzugsweise eine optische Anzeigevorrichtung; zusätzlich oder alternativ kann aber auch eine akustische Anzeigevorrichtung vorgesehen sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinheit ferner eine Kommunikationsvorrichtung zum Aussenden der erkannten Veränderungen der Betriebsbedingungen und/oder einer an erkannte Veränderungen der Betriebsbedingungen angepassten Funktionsweise des Drucktastensystems aufweisen. Die Informationen können zum Beispiel an eine externe bzw. übergeordnete Steuerung zum Beispiel eines Hausautomationssystems gesendet werden. Durch die Übertragung erkannter Veränderungen der Betriebsbedingungen an externe bzw. übergeordnete Steuerungen können zum Beispiel mögliche Stillstandzeiten und damit verbundene Kosten reduziert werden („Predictive Maintenance“). Die Kommunikationsvorrichtung ermöglicht vorzugsweise eine kabellose Kommunikation zum Beispiel per Funk oder auch eine leitungsgebundene Kommunikation zum Beispiel mittels USB-Anschluss. Die Kommunikationsvorrichtung zum Aussenden der Informationen ist vorzugsweise dieselbe wie die Kommunikationsvorrichtung zum Empfangen von Befehlen oder Befehlsänderungen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung, bei der das Drucktastensystem mehrere Drucktasten enthält, können die Befehle bei ihrer Ausführung durch den Prozessor bei einem Erkennen eines Fehlverhaltens einer der mehreren Drucktasten die Steuereinheit vorzugsweise die Drucktastenfunktion der fehlerhaften Drucktaste auf eine andere der mehreren Drucktasten umschalten lassen. D.h. wenn eine von mehreren Drucktasten als defekt erkannt wird, entfällt nicht die Funktion dieser Drucktaste, sondern wird die Funktion dieser Drucktaste von einer anderen der mehreren Drucktasten übernommen. Dies wird dem Benutzer dann vorzugsweise über eine Anzeigevorrichtung mitgeteilt, sodass er/sie dann die andere Drucktaste benutzt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung, bei der das Drucktastensystem eine Drucktaste enthält, deren Sensorvorrichtung mehrere Sensoren aufweist, können die Befehle bei ihrer Ausführung durch den Prozessor bei einem Erkennen eines Fehlverhaltens eines der mehreren Sensoren die Steuereinheit vorzugsweise das Erfassen einer Verformung oder Bewegung der Abdeckung im Bereich des Bedienabschnitts allein auf wenigstens einen anderen der mehreren Sensoren umschalten lassen. D.h. wenn einer von mehreren Sensoren einer Drucktaste als defekt erkannt wird, ist nicht die gesamte Drucktaste defekt, sondern wird eine Betätigung dieser Drucktaste nur noch mit den anderen, nicht defekten Sensoren überwacht. Bei den mehreren Sensoren der einen Drucktaste handelt es sich vorzugsweise um Sensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien zur redundanten Erfassung einer Verformung oder Bewegung des Bedienabschnitts der Abdeckung, es können aber auch gleiche Sensorarten eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der das Drucktastensystem eine Drucktaste enthält, deren Sensorvorrichtung mehrere Sensoren aufweist, können die Befehle bei ihrer Ausführung durch den Prozessor die Steuereinheit vorzugsweise eine Verformung oder Bewegung der Abdeckung im Bereich des Bedienabschnitts durch die mehreren Sensoren abwechselnd erfassen lassen. D.h. die Betätigung der Drucktaste wird abwechselnd durch die zwei oder mehr Sensoren überwacht, sodass die einzelnen Sensoren jeweils weniger benutzt werden und so deren Betriebsdauer verlängert werden kann. Bei den mehreren Sensoren der einen Drucktaste handelt es sich vorzugsweise um Sensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien zur redundanten Erfassung einer Verformung oder Bewegung des Bedienabschnitts der Abdeckung, es können aber auch gleiche Sensorarten eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der das Drucktastensystem eine Drucktaste enthält, deren Sensorvorrichtung mehrere Sensoren aufweist, können die Befehle bei ihrer Ausführung durch den Prozessor die Steuereinheit vorzugsweise eine Selbstkalibrierung der mehreren Sensoren der Drucktaste durchführen lassen. D.h. die ihrer mehreren Sensoren können sich gegenseitig kalibrieren und so die Drucktaste an sich verändernde Betriebsbedingungen des Drucktastensystems anpassen. Bei den mehreren Sensoren der einen Drucktaste handelt es sich vorzugsweise um Sensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien zur redundanten Erfassung einer Verformung oder Bewegung des Bedienabschnitts der Abdeckung, es können aber auch gleiche Sensorarten eingesetzt werden.
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Das oben beschriebene Drucktastensystem der Erfindung ist auf keine speziellen Anwendungen beschränkt. Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Drucktastensystem bei Bedienvorrichtungen, insbesondere für elektronische Geräte (z.B. Spülmaschinen, Kochfelder, Herde, Wäschebehandlungsmaschinen, Kühl- und/oder Gefriergeräte, etc.), Maschinen in der Industrie, im Transportwesen, oder in Notfallschaltern eingesetzt werden.
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Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
- 1 den Aufbau eines Drucktastensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 den Aufbau eines Drucktastensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 zeigt Aufbau eines Drucktastensystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 4 zeigt Aufbau eines Drucktastensystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucktastensystems, das zum Beispiel in einer Bedienvorrichtung eines elektronischen Haushaltsgeräts oder einer industriellen Anwendung eingesetzt werden kann.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat das Drucktastensystem eine einzige Drucktaste 10. Die Drucktaste 10 hat eine Abdeckung 11 (z.B. Bedienblende eines Haushaltsgeräts oder einer Maschinensteuerung) mit einer einem Benutzer zugewandten Benutzerseite 11a (oben in 1) und einer einem Benutzer abgewandten Innenseite 11b (unten in 1). Die Abdeckung 11 definiert einen Bedienabschnitt 12 der Drucktaste 10 für den Benutzer. Die Abdeckung 11 ist zum Beispiel aus einem Metall wie Aluminium oder einem Kunststoffmaterial gefertigt und ist zumindest im Bereich des Bedienabschnitts 12 durch eine Druckkraft 14 von der Benutzerseite 11a her elastisch verformbar.
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Um eine Betätigung der Drucktaste 10 zu erkennen, ist eine Sensorvorrichtung 18 vorgesehen, die auf einer Trägerplatte 16 montiert ist. Die Trägerplatte 16 ist bevorzugt eine Leiterplatte und hinter der Abdeckung 11 mit Abstand zu dieser angeordnet. Wie in 1 dargestellt, weist die eine Sensorvorrichtung 18 der einen Drucktaste 10 in diesem Ausführungsbeispiel zwei Sensoren 19x, 19y zum Erfassen einer Verformung des Bedienabschnitts 12 der Abdeckung 11 auf. Die beiden Sensoren 19x, 19y haben bevorzugt unterschiedliche Messprinzipien und erfassen die Verformung des Bedienabschnitts 12 unabhängig voneinander, sodass sich eine redundante Erfassung ergibt. Die Anordnung der Sensoren 19x, 19y ist in 1 nur schematisch veranschaulicht, d.h. je nach Art der zwei Sensoren 19x, 19y können diese nebeneinander, hintereinander, ineinander, etc. hinter dem Bedienabschnitt 12 der Abdeckung angeordnet sein. In einer Ausführungsform enthält die Sensorvorrichtung 18 beispielhaft einen Piezosensor 19x (z.B. Piezopille oder Wheatstonesche Messbrücke) und einen optischen Sensor 19y. Die beiden Sensoren 19x, 19y sind mit einer gemeinsamen Sensorschaltung 20 verbunden, die die beiden Sensoren 19x, 19y ansteuert und die Messsignale der beiden Sensoren 19x, 19x auswertet, um eine Betätigung der Drucktaste 10 zu erkennen. In einer anderen Ausführungsform hat die Sensorvorrichtung 18 zwei Sensorschaltungen 20, die jeweils mit einem Sensor 19 verbunden sind. Optional kann die Sensorvorrichtung 18 auch mehr als zwei Sensoren 19 enthalten.
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Wie in 1 dargestellt, enthält das Drucktastensystem vorzugsweise einen Stützrahmen 24 zwischen der Abdeckung 11 und der Trägerplatte 16, der die Abdeckung 11 außerhalb des Bereichs des Bedienabschnitts 12 abstützt, um den elastisch verformbaren Bedienabschnitt 12 der Abdeckung 11 zu begrenzen.
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Wie ferner in 1 dargestellt, weist das Drucktastensystem ferner eine optische Anzeigevorrichtung 22 auf. Die Anzeigevorrichtung 22 ist beispielsweise in einem Bereich neben dem Bedienabschnitt 12 hinter einem lichtdurchlässigen Abschnitt 23 der Abdeckung 11 angeordnet. Die Anzeigevorrichtung 22 ist mit der Sensorschaltung 20 der Sensorvorrichtung 18 verbunden, sodass dem Benutzer über die Anzeigevorrichtung 22 zum Beispiel Informationen über den Betriebszustand der Drucktaste 10, die einstellbaren Parameter, den ausgewählten Parameterwert, etc. mitgeteilt werden können. In einer alternativen Ausführungsform kann die Anzeigevorrichtung 22 auch im Bereich des Bedienabschnitts 12 integriert sein, der dann ebenfalls lichtdurchlässig ausgestaltet ist. Alternativ oder zusätzlich zur optischen Anzeigevorrichtung 22 kann auch eine akustische Informationsvorrichtung vorgesehen sein.
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Um über eine lange Betriebsdauer hinweg einen zuverlässigen Betrieb der Drucktaste 10 gewährleisten zu können, enthält das Drucktastensystem ferner eine Steuereinheit 26. Die Steuereinheit 26 ist bevorzugt mit der Drucktaste 10 in einer gemeinsamen Gehäuseeinheit 17 aufgenommen.
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Die Steuereinheit 26 enthält wenigstens einen Prozessor 27 (z.B. Mikroprozessor), einen Speicher 28 und vorzugsweise auch eine Kommunikationsvorrichtung 30 (z.B. Funkeinheit oder USB-Schnittstelle). In dem Speicher 28 sind Befehle 29 (insbes. Softwarebefehle) gespeichert, die vom Prozessor 27 ausgeführt werden können / sollen. Der Prozessor 27 der Steuereinheit 26 ist mit der Sensorschaltung 20 der Sensorvorrichtung 18 verbunden, um diese gemäß der Programmierung der Steuereinheit 26 zu betreiben und insbesondere an sich verändernde Betriebsbedingungen des Drucktastensystems anzupassen.
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Der Prozessor 27 der Steuereinheit 26 ist außerdem mit der Anzeigevorrichtung 22 verbunden, um über diese entsprechende Informationen an den Benutzer auszugeben. Der Prozessor 27 ist außerdem mit der Kommunikationsvorrichtung 30 verbunden, um über diese Befehle oder Befehlsänderungen zu empfangen und im Speicher 28 abzuspeichern und/oder Informationen an externe oder übergeordnete Steuerungen auszusenden.
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Die Befehle 29 in dem Speicher 28 veranlassen die Steuereinheit 26 bei ihrer Ausführung durch den Prozessor 27, die Sensorvorrichtung 18 zum Beispiel in der nachfolgend beschriebenen Weise zu betreiben und anzupassen.
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Die Sensorschaltung 20 steuert die beiden Sensoren 19x, 19y an, um eine Verformung des Bedienabschnitts 12 der Abdeckung 11 zu erfassen, und wertet die Messsignale der beiden Sensoren 19x, 19y aus, um eine Betätigung der Drucktaste 10 durch eine Krafteinwirkung 14 durch einen Benutzer zu erkennen. Um die Betriebsdauern der beiden Sensoren 19x, 19y zu verlängern, können diese zum Beispiel abwechselnd benutzt werden, um eine Verformung des Bedienabschnitts 12 zu überwachen. Durch einen Abgleich der Messsignale der beiden redundanten Sensoren 19x, 19y besteht zudem die Möglichkeit einer Selbstkalibrierung der Drucktaste 10, was ebenfalls zu einer längeren Betriebsdauer der Drucktaste 10 mit zuverlässiger Funktionsweise führt.
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Ferner kann die Sensorschaltung 20 anhand der Messsignale der beiden Sensoren 19x, 19y vorzugsweise auch eine Veränderung der Betriebsbedingungen des Drucktastensystems erkennen, d.h. insbesondere Alterserscheinungen der Komponenten der Drucktaste 10, die zum Beispiel durch sich ständig ändernde Umwelteinflüsse (insbesondere Temperatur und Feuchtigkeitsgrad in der Umgebung des Drucktastensystems) verursacht werden. So kann zum Beispiel eine sich verändernde Krafteinwirkung 14 durch den Benutzer auf die Drucktaste 10 als ein Indikator für einen erhöhten Verschleiß der mechanischen Komponenten herangezogen werden. Dies kann zum Beispiel über eine entsprechende Auswirkung der Betätigungsgeschwindigkeiten oder das Erkennen einer stakatoähnlichen Druckbetätigung erfolgen.
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Als Reaktion auf das Erkennen einer solchen Veränderung der Betriebsbedingungen kann dann zum Beispiel das Auswerteverfahren der Messsignale der Sensoren 19x, 19y durch die Sensorschaltung 20 angepasst werden, indem beispielsweise die Schwellenwerte zum Erkennen einer Betätigung der Drucktaste 10 abgeändert werden können. Diese Schwellenwerte betreffen zum Beispiel die Dauer einer Druckkrafteinwirkung 14 auf den Bedienabschnitt 12, das Druckkraftniveau, den Druckgradienten und/oder eine bestimmte Anzahl an Einzeldrücken bzw. die entsprechenden Verformungen des Bedienabschnitt 12.
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Als weitere Reaktion auf das Erkennen einer solchen Veränderung der Betriebsbedingungen können entsprechende Informationen dem Benutzer über die Anzeigevorrichtung 22 und/oder einer externen / übergeordneten Steuerung über die Kommunikationsvorrichtung 30 mitgeteilt werden. Die Informationen dienen zum Beispiel als Warnhinweis auf einen Alterungsprozess, sodass rechtzeitig (d.h. vor einem endgültigen Ausfall der Drucktaste) Sanierungsmaßnahmen in die Wege geleitet werden können.
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Falls die veränderten Betriebsbedingungen insbesondere nur einen der beiden Sensoren 19x, 19y betreffen, so kann die Sensorschaltung 20 dann veranlasst werden, ab diesem Zeitpunkt nur noch den anderen Sensor zum Überwachen einer Betätigung der Drucktaste 10 zu verwenden, sodass die Drucktaste weiter eine zuverlässige Funktionsweise behält. Auch in diesem Fall können bevorzugt entsprechende Informationen über die Anzeigevorrichtung 22 und/oder die Kommunikationsvorrichtung 30 ausgegeben werden.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucktastensystems, das zum Beispiel in einer Bedienvorrichtung eines elektronischen Haushaltsgeräts eingesetzt werden kann. Dabei sind gleiche bzw. entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wie in 1 gekennzeichnet.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat das Drucktastensystem zwei Drucktasten 10a, 10b. Optional kann das Drucktastensystem auch mehr als zwei Drucktasten 10a, 10b haben. Die beiden Drucktasten 10a, 10b haben eine gemeinsame Abdeckung 11 (z.B. Bedienblende eines Haushaltsgeräts) mit einer einem Benutzer zugewandten Benutzerseite 11a (oben in 1) und einer einem Benutzer abgewandten Innenseite 11b (unten in 1). Die Abdeckung 11 definiert die Bedienabschnitte 12a, 12b der beiden Drucktasten 10a, 10b für den Benutzer. Die Abdeckung 11 ist zum Beispiel aus einem Metall wie Aluminium oder einem Kunststoffmaterial gefertigt und ist zumindest im Bereich der Bedienabschnitte 12a, 12b durch eine Druckkraft 14 von der Benutzerseite 11a her elastisch verformbar.
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Um eine Betätigung einer der Drucktasten 10a, 10b zu erkennen, ist jeweils eine Sensorvorrichtung 18a, 18b vorgesehen, die auf einer Trägerplatte 16 montiert ist. Die Trägerplatte 16 ist bevorzugt eine Leiterplatte und hinter der Abdeckung 11 mit Abstand zu dieser angeordnet. Wie in 2 dargestellt, weisen die zwei Sensorvorrichtungen 18a, 18b der beiden Drucktasten 10a, 10b in diesem Ausführungsbeispiel jeweils einen einzelnen Sensor 19a, 19b zum Erfassen einer Verformung des jeweiligen Bedienabschnitts 12a, 12b der Abdeckung 11 auf. Die Sensoren 19a, 19b der Sensorvorrichtungen 18a, 18b können wahlweise gleiche oder unterschiedliche Messprinzipien haben, wobei die Messprinzipien grundsätzlich beliebig sind (z.B. kapazitiv, induktiv, elektromagnetisch, resistiv, optisch, piezoelektrisch, etc.). Die Sensorvorrichtungen 18a, 18b enthalten zudem jeweils eine Sensorschaltung 20a, 20b, die mit dem jeweiligen Sensor 19a, 19b verbunden ist, um diesen anzusteuern und dessen Messsignale auszuwerten, um eine Betätigung der jeweiligen Drucktaste 10a, 10b zu erkennen. In einer anderen Ausführungsform können die Sensorvorrichtungen 18a, 18b auch eine gemeinsame Sensorschaltungen 20 aufweisen, die mit den Sensoren 19a, 19b der verschiedenen Sensorvorrichtungen 18a, 18 verbunden ist.
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Wie in 2 dargestellt, enthält das Drucktastensystem vorzugsweise einen Stützrahmen 24 zwischen der Abdeckung 11 und der Trägerplatte 16, der die Abdeckung 11 außerhalb und zwischen den Bereichen der Bedienabschnitte 12a, 12b abstützt, um die elastisch verformbaren Bedienabschnitte 12a, 12b der Abdeckung 11 zu begrenzen und ein Übersprechen zwischen den beiden Drucktasten 10a, 10b zu verhindern.
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Wie ferner in 2 dargestellt, weist das Drucktastensystem zudem eine optische Anzeigevorrichtung 22 auf. Die Anzeigevorrichtung 22 ist beispielsweise in einem Bereich zwischen den beiden Bedienabschnitten 12a, 12b hinter einem lichtdurchlässigen Abschnitt 23 der Abdeckung 11 angeordnet. Die Anzeigevorrichtung 22 ist mit den Sensorschaltungen 20a, 20b der Sensorvorrichtungen 18a, 18b verbunden, sodass dem Benutzer über die Anzeigevorrichtung 22 zum Beispiel Informationen über die Betriebszustände der Drucktasten 10a, 10b, die einstellbaren Parameter, den ausgewählten Parameterwert, etc. mitgeteilt werden können. In einer alternativen Ausführungsform können auch separate Anzeigevorrichtungen 22 für die verschiedenen Drucktasten 10a, 10b vorgesehen sein, die zum Beispiel neben den jeweiligen Bedienabschnitten 12a, 12b positioniert oder auch in den Bereichen der jeweiligen Bedienabschnitte 12a, 12b integriert sein können, die im letztgenannten Fall dann ebenfalls lichtdurchlässig ausgestaltet sind. Alternativ oder zusätzlich zur optischen Anzeigevorrichtung 22 kann auch eine akustische Informationsvorrichtung vorgesehen sein.
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Um über eine lange Betriebsdauer hinweg einen zuverlässigen Betrieb des Drucktastensystems gewährleisten zu können, enthält das Drucktastensystem ferner eine Steuereinheit 26. Die Steuereinheit 26 ist bevorzugt mit den Drucktasten 10a, 10b in einer gemeinsamen Gehäuseeinheit 17 aufgenommen.
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Die Steuereinheit 26 enthält wenigstens einen Prozessor 27 (z.B. Mikroprozessor), einen Speicher 28 und vorzugsweise auch eine Kommunikationsvorrichtung 30 (z.B. Funkeinheit oder USB-Schnittstelle). In dem Speicher 28 sind Befehle 29 (insbes. Softwarebefehle) gespeichert, die vom Prozessor 27 ausgeführt werden können / sollen. Der Prozessor 27 der Steuereinheit 26 ist mit den Sensorschaltungen 20a, 20b der Sensorvorrichtungen 18a, 18b verbunden, um diese gemäß der Programmierung der Steuereinheit 26 zu betreiben und insbesondere an sich verändernde Betriebsbedingungen des Drucktastensystems anzupassen.
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Der Prozessor 27 der Steuereinheit 26 ist außerdem mit der Anzeigevorrichtung 22 verbunden, um über diese entsprechende Informationen an den Benutzer auszugeben. Der Prozessor 27 ist außerdem mit der Kommunikationsvorrichtung 30 verbunden, um über diese Befehle oder Befehlsänderungen zu empfangen und im Speicher 28 abzuspeichern und/oder Informationen an externe oder übergeordnete Steuerungen auszusenden.
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Die Befehle 29 in dem Speicher 28 veranlassen die Steuereinheit 26 bei ihrer Ausführung durch den Prozessor 27, die Sensorvorrichtungen 18a, 18b zum Beispiel in der nachfolgend beschriebenen Weise zu betreiben und anzupassen.
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Die Sensorschaltungen 20a, 20b steuern den jeweiligen Sensor 19a, 19b an, um eine Verformung des jeweiligen Bedienabschnitts 12a, 12b der Abdeckung 11 zu erfassen, und werten die Messsignale des jeweiligen Sensors 19a, 19b aus, um eine Betätigung der jeweiligen Drucktaste 10a, 10b durch eine Krafteinwirkung 14 durch einen Benutzer zu erkennen. Ferner können die Sensorschaltungen 20a, 20b anhand der Messsignale des jeweiligen Sensors 19a, 19b auch eine Veränderung der Betriebsbedingungen des Drucktastensystems erkennen, d.h. insbesondere Alterserscheinungen der Komponenten der jeweiligen Drucktaste 10a, 10b, die zum Beispiel durch sich ständig ändernde Umwelteinflüsse (insbesondere Temperatur und Feuchtigkeitsgrad in der Umgebung des Drucktastensystems) verursacht werden. So kann zum Beispiel eine sich verändernde Krafteinwirkung 14 durch den Benutzer auf eine Drucktaste 10a, 10b als ein Indikator für einen erhöhten Verschleiß der mechanischen Komponenten herangezogen werden. Dies kann zum Beispiel über eine entsprechende Auswirkung der Betätigungsgeschwindigkeiten oder das Erkennen einer stakatoähnlichen Druckbetätigung erfolgen.
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Als Reaktion auf das Erkennen einer solchen Veränderung der Betriebsbedingungen kann dann zum Beispiel das Auswerteverfahren der Messsignale des jeweiligen Sensors 19a, 19b durch die Sensorschaltung 20a, 20b angepasst werden, indem beispielsweise die Schwellenwerte zum Erkennen einer Betätigung der Drucktaste 10a, 10b abgeändert werden können. Diese Schwellenwerte betreffen zum Beispiel die Dauer einer Druckkrafteinwirkung 14 auf den Bedienabschnitt 12a, 12b, das Druckkraftniveau, den Druckgradienten und/oder eine bestimmte Anzahl an Einzeldrücken bzw. die entsprechenden Verformungen des Bedienabschnitt 12a, 12b.
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Als weitere Reaktion auf das Erkennen einer solchen Veränderung der Betriebsbedingungen können entsprechende Informationen dem Benutzer über die Anzeigevorrichtung 22 und/oder einer externen / übergeordneten Steuerung über die Kommunikationsvorrichtung 30 mitgeteilt werden. Die Informationen dienen zum Beispiel als Warnhinweis auf einen Alterungsprozess, sodass rechtzeitig (d.h. vor einem endgültigen Ausfall der Drucktaste) Sanierungsmaßnahmen in die Wege geleitet werden können.
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Falls die veränderten Betriebsbedingungen nur eine der beiden Drucktasten 10a, 10b betreffen, so kann die Steuereinheit 26 dann die fehlerhafte Sensorvorrichtung 18 außer Betrieb nehmen und die Funktion dieser ausgeschalteten Sensorvorrichtung 18 an die andere fehlerfreie Sensorvorrichtung 18 weitergeben, sodass ab diesem Zeitpunkt nur noch eine der beiden Drucktasten 10 aktiv ist, welche weiter eine zuverlässige Funktionsweise bereitstellt. In diesem Fall werden vorzugsweise entsprechende Informationen über die Anzeigevorrichtung 22 an den Benutzer ausgegeben, sodass dieser weiß, welche der Drucktasten 10 noch aktiv ist.
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Als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung können das erste Ausführungsbeispiel von 1 und das zweite Ausführungsbeispiel von 2 auch miteinander kombiniert werden. D.h. das Drucktastensystem enthält zwei oder mehr Drucktasten 10a, 10b, von denen wenigstens eine Drucktaste eine Sensorvorrichtung 18 mit zwei oder mehr Sensoren 19x, 19y aufweist.
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Als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auch ein Drucktastensystem mit nur einer Drucktaste 10, deren Sensorvorrichtung 18 nur einen Sensor 19 enthält, denkbar. In diesem Fall betrifft die Anpassung der Sensorvorrichtung 18 an sich verändernde Betriebsbedingungen in erster Linie nur das Erkennen von Veränderungen der Betriebsbedingungen und das Anpassen des Auswerteverfahrens, während ein Wechsel von Sensoren oder Drucktasten nicht möglich ist.
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Drucktastensystem der Erfindung in einer Bedienvorrichtung zum Beispiel eines elektronischen Haushaltsgeräts eingesetzt. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Anwendungsmöglichkeit beschränkt. So kann das Drucktastensystem der Erfindung in vorteilhafter Weise auch in einem Notfallschalter eingesetzt werden, der anstelle eines bewegbaren Betätigungselements zum Bewegen eines Funktionselements in eine Aktivierungsposition einer Notfallfunktion eine unbeweglich befestigte Drucktaste und eine Sensorvorrichtung zum Erkennen einer Betätigung der Drucktaste aufweist.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Drucktastensystems (hier als Einzeldrucktaste) das in vielfältiger Weise in industriellen elektronischen Geräten oder in Haushaltsgeräten eingesetzt werden kann. Dabei sind gleiche bzw. entsprechende Komponenten mit den Bezugsziffern wie in 1 gekennzeichnet. Die Beschreibung entspricht in analoger Weise der von 1.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucktastensystems, das zum Beispiel in einer Bedienvorrichtung eines elektronischen Haushaltsgeräts oder einer industriellen Anwendung eingesetzt werden kann. Dabei sind gleiche bzw. entsprechende Komponenten mit den Bezugsziffern wie in 1 gekennzeichnet.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat das Drucktastensystem eine einzige Drucktaste 10. Die Drucktaste 10 hat eine Abdeckung 11 (z.B. Bedienblende eines Haushaltsgeräts oder einer Maschinensteuerung) mit einer einem Benutzer zugewandten Benutzerseite 11a (oben in 1) und einer einem Benutzer abgewandten Innenseite 11b (unten in 1). Die Abdeckung 11 definiert einen Bedienabschnitt 12 der Drucktaste 10 für den Benutzer. Die Abdeckung 11 ist zum Beispiel aus einem Metall wie Aluminium oder einem Kunststoffmaterial gefertigt und ist zumindest im Bereich des Bedienabschnitts 12 durch eine Druckkraft 14 von der Benutzerseite 11a her elastisch verformbar.
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Um eine Betätigung der Drucktaste 10 zu erkennen, ist eine Sensorvorrichtung 18 vorgesehen, die auf einer Trägerplatte 16 und/oder 16' montiert ist. Die Trägerplatte 16, 16' ist bevorzugt eine Leiterplatte und hinter der Abdeckung 11 mit Abstand zu dieser oder auf der Innenseite 11b angeordnet. Wie in 1 dargestellt, weist die eine Sensorvorrichtung 18 der einen Drucktaste 10 in diesem Ausführungsbeispiel Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y zum Erfassen einer Verformung des Bedienabschnitts 12 der Abdeckung 11 auf. Die Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y haben bevorzugt unterschiedliche Messprinzipien und erfassen die Verformung des Bedienabschnitts 12 unabhängig voneinander, sodass sich eine redundante Erfassung ergibt. Die Anordnung der Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y ist in 4 nur schematisch veranschaulicht, d.h. je nach Art der Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y können diese gegenüber, nebeneinander, hintereinander, ineinander, etc. hinter dem Bedienabschnitt 12 der Abdeckung angeordnet sein. In einer Ausführungsform enthält die Sensorvorrichtung 18 beispielhaft einen Piezosensor 19x und/oder 19x' (z.B. Piezopille oder Wheatstonesche Messbrücke) und einen optischen Sensor 19y. Die Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y sind mit einer gemeinsamen Sensorschaltung 20 verbunden, die die Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y ansteuert und die Messsignale der Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y auswertet, um eine Betätigung der Drucktaste 10 zu erkennen. In einer anderen Ausführungsform hat die Sensorvorrichtung 18 zwei Sensorschaltungen 20, die jeweils mit einem Sensor 19 verbunden sind. Optional kann die Sensorvorrichtung 18 auch mehr als zwei Sensoren 19 enthalten.
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Wie in 4 dargestellt, enthält das Drucktastensystem vorzugsweise einen Stützrahmen 24 zwischen der Abdeckung 11 und der Trägerplatte 16, der die Abdeckung 11 außerhalb des Bereichs des Bedienabschnitts 12 abstützt, um den elastisch verformbaren Bedienabschnitt 12 der Abdeckung 11 zu begrenzen.
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Wie ferner in 4 dargestellt, weist das Drucktastensystem ferner eine optische Anzeigevorrichtung 22 auf. Die Anzeigevorrichtung 22 ist beispielsweise in einem Bereich neben dem Bedienabschnitt 12 hinter einem lichtdurchlässigen Abschnitt 23 der Abdeckung 11 angeordnet. Die Anzeigevorrichtung 22 ist mit der Sensorschaltung 20 der Sensorvorrichtung 18 verbunden, sodass dem Benutzer über die Anzeigevorrichtung 22 zum Beispiel Informationen über den Betriebszustand der Drucktaste 10, die einstellbaren Parameter, den ausgewählten Parameterwert, etc. mitgeteilt werden können. In einer alternativen Ausführungsform kann die Anzeigevorrichtung 22 auch im Bereich des Bedienabschnitts 12 integriert sein, der dann ebenfalls lichtdurchlässig ausgestaltet ist. Alternativ oder zusätzlich zur optischen Anzeigevorrichtung 22 kann auch eine akustische Informationsvorrichtung vorgesehen sein.
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Um über eine lange Betriebsdauer hinweg einen zuverlässigen Betrieb der Drucktaste 10 gewährleisten zu können, enthält das Drucktastensystem ferner eine Steuereinheit 26. Die Steuereinheit 26 ist bevorzugt mit der Drucktaste 10 in einer gemeinsamen Gehäuseeinheit 17 aufgenommen.
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Die Steuereinheit 26 enthält wenigstens einen Prozessor 27 (z.B. Mikroprozessor), einen Speicher 28 und vorzugsweise auch eine Kommunikationsvorrichtung 30 (z.B. Funkeinheit oder USB-Schnittstelle). In dem Speicher 28 sind Befehle 29 (insbes. Softwarebefehle) gespeichert, die vom Prozessor 27 ausgeführt werden können / sollen. Der Prozessor 27 der Steuereinheit 26 ist mit der Sensorschaltung 20 der Sensorvorrichtung 18 verbunden, um diese gemäß der Programmierung der Steuereinheit 26 zu betreiben und insbesondere an sich verändernde Betriebsbedingungen des Drucktastensystems anzupassen.
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Der Prozessor 27 der Steuereinheit 26 ist außerdem mit der Anzeigevorrichtung 22 verbunden, um über diese entsprechende Informationen an den Benutzer auszugeben. Der Prozessor 27 ist außerdem mit der Kommunikationsvorrichtung 30 verbunden, um über diese Befehle oder Befehlsänderungen zu empfangen und im Speicher 28 abzuspeichern und/oder Informationen an externe oder übergeordnete Steuerungen auszusenden.
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Die Befehle 29 in dem Speicher 28 veranlassen die Steuereinheit 26 bei ihrer Ausführung durch den Prozessor 27, die Sensorvorrichtung 18 zum Beispiel in der nachfolgend beschriebenen Weise zu betreiben und anzupassen.
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Die Sensorschaltung 20 steuert die Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y an, um eine Verformung des Bedienabschnitts 12 der Abdeckung 11 zu erfassen, und wertet die Messsignale der Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y aus, um. eine Betätigung der Drucktaste 10 durch eine Krafteinwirkung 14 durch einen Benutzer zu erkennen. Um die Betriebsdauern der Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y zu verlängern, können diese zum Beispiel abwechselnd benutzt werden, um eine Verformung des Bedienabschnitts 12 zu überwachen. Durch einen Abgleich der Messsignale der redundanten Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y besteht zudem die Möglichkeit einer Selbstkalibrierung der Drucktaste 10, was ebenfalls zu einer längeren Betriebsdauer der Drucktaste 10 mit zuverlässiger Funktionsweise führt.
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Ferner kann die Sensorschaltung 20 anhand der Messsignale der Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y vorzugsweise auch eine Veränderung der Betriebsbedingungen des Drucktastensystems erkennen, d.h. insbesondere Alterserscheinungen der Komponenten der Drucktaste 10, die zum Beispiel durch sich ständig ändernde Umwelteinflüsse (insbesondere Temperatur und Feuchtigkeitsgrad in der Umgebung des Drucktastensystems) verursacht werden. So kann zum Beispiel eine sich verändernde Krafteinwirkung 14 durch den Benutzer auf die Drucktaste 10 als ein Indikator für einen erhöhten Verschleiß der mechanischen Komponenten herangezogen werden. Dies kann zum Beispiel über eine entsprechende Auswirkung der Betätigungsgeschwindigkeiten oder das Erkennen einer stakatoähnlichen Druckbetätigung erfolgen.
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Als Reaktion auf das Erkennen einer solchen Veränderung der Betriebsbedingungen kann dann zum Beispiel das Auswerteverfahren der Messsignale der Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y durch die Sensorschaltung 20 angepasst werden, indem beispielsweise die Schwellenwerte zum Erkennen einer Betätigung der Drucktaste 10 abgeändert werden können. Diese Schwellenwerte betreffen zum Beispiel die Dauer einer Druckkrafteinwirkung 14 auf den Bedienabschnitt 12, das Druckkraftniveau, den Druckgradienten und/oder eine bestimmte Anzahl an Einzeldrücken bzw. die entsprechenden Verformungen des Bedienabschnitt 12.
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Als weitere Reaktion auf das Erkennen einer solchen Veränderung der Betriebsbedingungen können entsprechende Informationen dem Benutzer über die Anzeigevorrichtung 22 und/oder einer externen / übergeordneten Steuerung über die Kommunikationsvorrichtung 30 mitgeteilt werden. Die Informationen dienen zum Beispiel als Warnhinweis auf einen Alterungsprozess, sodass rechtzeitig (d.h. vor einem endgültigen Ausfall der Drucktaste) Sanierungsmaßnahmen in die Wege geleitet werden können.
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Falls die veränderten Betriebsbedingungen insbesondere nur einen der Sensoren 19x und/oder 19x' und 19y betreffen, so kann die Sensorschaltung 20 dann veranlasst werden, ab diesem Zeitpunkt nur noch den anderen Sensor zum Überwachen einer Betätigung der Drucktaste 10 zu verwenden, sodass die Drucktaste weiter eine zuverlässige Funktionsweise behält. Auch in diesem Fall können bevorzugt entsprechende Informationen über die Anzeigevorrichtung 22 und/oder die Kommunikationsvorrichtung 30 ausgegeben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drucktaste
- 11
- Abdeckung
- 11b
- Benutzerseite
- 11c
- Innenseite
- 12
- Bedienabschnitt
- 14
- Druckkraft
- 16
- Trägerplatte, insbes. Leiterplatte
- 17
- Gehäuseeinheit
- 18
- Sensorvorrichtung
- 19
- Sensor
- 20
- Sensorschaltung
- 22
- Anzeigevorrichtung
- 23
- lichtdurchlässiger Bereich
- 24
- Stützrahmen
- 26
- Steuereinheit
- 27
- Prozessor
- 28
- Speicher
- 29
- Befehle
- 30
- Kommunikationsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014012788 B4 [0002]
