DE102019110399A1

DE102019110399A1 - Piezo switching element and manufacturing process therefor

Info

Publication number: DE102019110399A1
Application number: DE102019110399.1A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Schweiß
Original assignee: ENGELKING ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: Engelking Elektronik De GmbH; Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-10-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Piezo-Schaltelement (1) umfassend ein Gehäuse (10), eine Abdeckplatte (11), einen Träger (30) mit einem Piezo-Element (35), und ein Kopplungsmittel (20), das an dem Gehäuse (10) federnd gelagert ist und ein Kontaktierelement (24) und ein Ankopplungselement (26) umfasst, wobei das Ankopplungselement (26) mit der Abdeckplatte (11) gekoppelt ist, wobei das Kontaktierelement (24) mit dem Piezo-Element (35) gekoppelt ist, und wobei eine externe Kraft (F) auf einer benutzerzugewandten Seite der Abdeckplatte (11) mittels des Kopplungsmittels (20) auf das Piezo-Element (35) zum Erzeugen eines dieser Kraft (F) entsprechenden Signals übertragen wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein solches Piezo-Schaltelement (1).The present invention relates to a piezo switching element (1) comprising a housing (10), a cover plate (11), a carrier (30) with a piezo element (35), and a coupling means (20) which is attached to the housing ( 10) is resiliently mounted and comprises a contacting element (24) and a coupling element (26), the coupling element (26) being coupled to the cover plate (11), the contacting element (24) being coupled to the piezo element (35) , and wherein an external force (F) on a user-facing side of the cover plate (11) is transmitted by means of the coupling means (20) to the piezo element (35) for generating a signal corresponding to this force (F). The present invention also relates to a manufacturing method for such a piezo switching element (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Piezo-Schaltelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Piezo-Schaltelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20.The present invention relates to a piezo switching element having the features of patent claim 1 and a method for producing a piezo switching element having the features of patent claim 20.

Piezo-Schaltelemente sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorbekannt und umfassen mindestens ein Piezo-Element. Derartige Piezo-Schaltelemente dienen der Umwandlung einer auf ein Piezo-Element ausgeübten Kraft in ein Schaltsignal, wobei typischerweise eine Piezo-Schaltelement Auswertung vorgesehen ist, durch die eine von dem Piezo-Element durch das Einwirken einer Kraft ausgegebene Spannung ausgewertet wird.Piezo switching elements are already known from the prior art in different configurations and comprise at least one piezo element. Piezo-switching elements of this type are used to convert a force exerted on a piezo-element into a switching signal, a piezo-switching element evaluation typically being provided by which a voltage output by the piezo-element through the action of a force is evaluated.

Ein solches Piezo-Schaltelement ist aus der DE 43 32 927 C2 bekannt, bei dem ein Kontaktträger mit Gehäuseteilen umspritzt wird, wobei eines der Gehäuseteile als Träger für ein Piezo-Element und ein elektronisches Bauelement dient. Die über Kontaktträger verbundenen Gehäuseteile werden zusammengefaltet und miteinander verrastet. Weiterhin ist aus dieser Druckschrift ein Piezo-Schaltelement bekannt, bei dem ein sockelartiger Kunststoffträger als Gehäuse dient und eine Leiterbahnen und Kontaktflächen aufweisende Trägerfolie sowie das Piezo-Element als auch das elektronische Bauelement trägt und die derart bestückte Trägerfolie um den Kunststoffträger gefaltet wird.Such a piezo switching element is from DE 43 32 927 C2 known, in which a contact carrier is encapsulated with housing parts, one of the housing parts serving as a carrier for a piezo element and an electronic component. The housing parts connected via contact carriers are folded together and locked together. Furthermore, a piezo switching element is known from this publication, in which a socket-like plastic carrier serves as the housing and carries a carrier film with conductor tracks and contact surfaces as well as the piezo element and the electronic component and the carrier film equipped in this way is folded around the plastic carrier.

Die aus der DE 43 32 927 C2 bekannten Piezo-Schaltelemente sind einerseits aufwändig herzustellen. Insbesondere die aufwändige Montage führt zu hohen Herstellungskosten und zu hohen Ausschussraten.The ones from the DE 43 32 927 C2 known piezo switching elements are on the one hand complex to manufacture. In particular, the complex assembly leads to high manufacturing costs and high reject rates.

Ferner sind diese bekannten Piezo-Schaltelemente relativ unempfindlich, da erst ein bestimmter Schwellenwert überschritten werden muss, der durch den die Piezo-Signale verarbeitenden Schaltkreis bestimmt wird. Zudem wird durch die dort eingesetzten Schaltkreise das Piezo-Signal lediglich verstärkt, welches zu einem ungewollten Schaltverhalten aufgrund von unerwünschten mechanischen Fremdeinwirkungen führen kann.Furthermore, these known piezo switching elements are relatively insensitive, since a certain threshold value, which is determined by the circuit processing the piezo signals, must first be exceeded. In addition, the circuits used there only amplify the piezo signal, which can lead to undesired switching behavior due to undesired external mechanical influences.

Aus der DE 10 2009 012 475 A1 ist ein Piezo-Schaltelement vorbekannt, das eine einfache und kompakte Bauweise aufweist und einen definierten Druckpunkt realisiert, so dass das Piezo-Schaltelement eine sehr hohe Empfindlichkeit aufweisen kann.From the DE 10 2009 012 475 A1 a piezo switching element is previously known which has a simple and compact design and realizes a defined pressure point so that the piezo switching element can have a very high sensitivity.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass die bekannten Piezo-Schaltelemente nicht für die Anwendung in hygienisch sensiblen oder durch starke Verschmutzung gefährdeten Bereichen geeignet sind, da die Schaltelemente, um die gewünschte hohe Empfindlichkeit zu erreichen, unmittelbar der äußeren Kraft ausgesetzt sein müssen.The disadvantage of this prior art is that the known piezo switching elements are not suitable for use in hygienically sensitive areas or areas at risk from heavy pollution, since the switching elements must be directly exposed to the external force in order to achieve the desired high sensitivity.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.This is where the present invention begins.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Piezo-Schaltelement sowie ein Herstellungsverfahren hierfür anzugeben, welches in zweckmäßigerweise die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Piezo-Schaltelemente beseitigt und insbesondere für die Verwendung in hygienisch sensiblen oder durch starke Verschmutzung gefährdeten Bereichen geeignet sind.The invention is therefore based on the object of specifying an improved piezo switching element and a production method for this, which expediently eliminates the disadvantages of the piezo switching elements known from the prior art and is particularly suitable for use in hygienically sensitive areas or areas at risk from heavy pollution are.

Ferner besteht die Aufgabe darin, ein Piezo-Schaltelement anzugeben, dass den Anforderungen entsprechend einfach und hygienisch zu reinigen ist, ohne dass Rückstände, insbesondere biologische Kontaminationen, zurückbleiben.Furthermore, the task consists in specifying a piezo switching element that can be cleaned simply and hygienically in accordance with the requirements, without residues, in particular biological contamination, remaining.

Auch ist es die Aufgabe, ein Piezo-Schaltelement anzugeben, welches eine hohe Empfindlichkeit aufweist und zuverlässig ein Steuerungssignal bei einem vorbestimmten Druckpunkt erzeugt.It is also the task of specifying a piezo switching element which has a high sensitivity and which reliably generates a control signal at a predetermined pressure point.

Darüber hinaus besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Herstellungsverfahren für ein Piezo-Schaltelement bereitzustellen, das eine kostengünstige Herstellung mit einer hohen Systemzuverlässigkeit und geringem Ausschuss zur Verfügung stellt.In addition, the object of the present invention is to provide a manufacturing method for a piezo switching element that provides cost-effective manufacture with high system reliability and low rejects.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Piezo-Schaltelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst sowie durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20.According to the invention, these objects are achieved by a piezo switching element with the features of claim 1 and by a manufacturing method with the features of claim 20.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous refinements of the invention are specified in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Piezo-Schaltelement umfasst ein Gehäuse, eine Abdeckplatte mit einer benutzerzugewandten Seite und einer benutzerabgewandten Seite, einen Träger mit einem Piezo-Element und ein Kopplungsmittel, das an dem Gehäuse gehalten ist. Ferner umfasst das Kopplungsmittel ein Kontaktierelement und ein Ankopplungselement, wobei das Ankopplungselement mit der Abdeckplatte gekoppelt ist, wobei das Kontaktierelement mit dem Piezo-Element gekoppelt ist und wobei eine externe Kraft auf der benutzerabgewandten Seite der Abdeckplatte mittels des Kopplungsmittels auf das Piezo-Element zum Erzeugen eines dieser Kraft entsprechenden Signals übertragen wird. Das Gehäuse, das Kontaktierelement und der Träger sind auf der benutzerabgewandten Seite der Abdeckplatte angeordnet, wobei die externe Kraft, welche auf der benutzerzugewandten Seite auf die Abdeckplatte wirkt, die Abdeckplatte im Bereich des Kontaktierelements elastisch verformt und die daraus resultierende Verschiebung mittels des Kopplungsmittels auf das Piezo-Element übertragen wird. Als Reaktion auf die einwirkende externe Kraft gibt das Piezo-Element eine Spannung aus, die durch ein elektronisches Bauteil ausgewertet werden kann. Das elektronische Bauteil kann bevorzugt das Piezo-Signal hinsichtlich dessen Zeit-Pegel-Verlaufs auf der Basis vorgegebener Parameter auswerten und in Abhängigkeit von dem Auswerteergebnis ein Steuersignal erzeugen. Die Abdeckplatte kann aus einem beliebigen Werkstoff, bevorzugt Glas, hergestellt sein, wodurch das erfindungsgemäße Piezo-Schaltelement eine pflegeleichte und verschmutzungsresistente und widerstandsfähige Oberfläche aufweisen kann, die auch das empfindliche Piezo-Element vor Fremdstoffen schützen kann.The piezo switching element according to the invention comprises a housing, a cover plate with a side facing the user and a side facing away from the user, a carrier with a piezo element and a coupling means which is held on the housing. Furthermore, the coupling means comprises a contacting element and a coupling element, the coupling element being coupled to the cover plate, the contacting element being coupled to the piezo element and an external force being generated on the side of the cover plate facing away from the user by means of the coupling means on the piezo element a signal corresponding to this force is transmitted. The housing, the contacting element and the carrier are arranged on the side of the cover plate facing away from the user, the external force acting on the cover plate on the side facing the user, the cover plate is elastically deformed in the area of the contacting element and the resulting displacement is transmitted to the piezo element by means of the coupling means. As a reaction to the external force, the piezo element outputs a voltage that can be evaluated by an electronic component. The electronic component can preferably evaluate the piezo signal with regard to its time-level curve on the basis of predetermined parameters and generate a control signal as a function of the evaluation result. The cover plate can be made of any material, preferably glass, whereby the piezo switching element according to the invention can have an easy-care, dirt-resistant and tough surface that can also protect the sensitive piezo element from foreign matter.

Damit ist es möglich, ein Piezo-Schaltelement mit einem besonders einfachen Aufbau bereitzustellen, welches einerseits die Anforderungen bei der Verwendung erfüllt und andererseits auch ein zuverlässiges Schaltverhalten bei einem definierten Druckpunkt und einer hohen Empfindlichkeit aufweist.It is thus possible to provide a piezo switching element with a particularly simple structure which, on the one hand, meets the requirements for use and, on the other hand, also has reliable switching behavior at a defined pressure point and high sensitivity.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Kopplungsmittel und dem Piezo-Element und/oder zwischen dem Kopplungsmittel und der Abdeckplatte ein Hohlraum ausgebildet ist. In addition, it is advantageous if a cavity is formed between the coupling means and the piezo element and / or between the coupling means and the cover plate.

Innerhalb des Hohlraumes bzw. innerhalb der Hohlräume kann das Kopplungsmittel durch eine externe Kraft elastisch ausgelenkt bzw. verformt bzw. verschoben werden, wodurch bei einer Betätigung durch einen Benutzer eine ungehinderte Übertragung der Verschiebung von der Abdeckplatte auf das Piezo-Element gewährleistet ist.Within the cavity or within the cavities, the coupling means can be elastically deflected or deformed or displaced by an external force, whereby an unimpeded transmission of the displacement from the cover plate to the piezo element is ensured when operated by a user.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Ankopplungselement sockelförmig ausgebildet ist und in Wirkverbindung mit der Abdeckplatte steht. Das Ankopplungselement steht vorzugsweise sockel- oder stiftförmig in einer Längsachse von dem Kopplungsmittel ab und steht im ständigen Wirkkontakt mit der Abdeckplatte. Das Ankopplungselement kann mit der Abdeckplatte verbunden sein, insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung.It is also advantageous if the coupling element is in the form of a base and is in operative connection with the cover plate. The coupling element preferably protrudes in the form of a base or pin in a longitudinal axis from the coupling means and is in constant operative contact with the cover plate. The coupling element can be connected to the cover plate, in particular by means of an integral connection.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Kontaktierelement sockelförmig auf das Piezo-Element ausgerichtet sein und bevorzugt in kontinuierlicher Wirkverbindung mit dem Piezo-Element sein. Das Kontaktierelement steht in der Längsachse auf der dem Kopplungselement gegenüberliegenden Seite des Kopplungsmittels bevorzugt sockel- oder stiftförmig ab, und kontaktiert das Piezo-Element möglichst punktuell, wodurch eine hohe Empfindlichkeit und ein definierter Druckpunkt realisiert werden können.According to a further advantageous embodiment of the present invention, the contacting element can be aligned in the shape of a socket on the piezo element and preferably be in continuous operative connection with the piezo element. The contacting element protrudes in the longitudinal axis on the side of the coupling means opposite the coupling element, preferably in the form of a base or pin, and contacts the piezo element as punctually as possible, whereby a high sensitivity and a defined pressure point can be achieved.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Kopplungsmittel biegeelastisch ist und/oder biegeelastisch an dem Gehäuse gehalten ist. Das Kontaktierelement und/oder das Ankopplungselement können, bzw. kann besonders bevorzugt mittig an dem Kopplungsmittel angeordnet sein.It is particularly preferred if the coupling means is flexurally elastic and / or is held on the housing in a flexurally elastic manner. The contacting element and / or the coupling element can or can particularly preferably be arranged centrally on the coupling means.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Kontaktierelement und das Ankopplungselement koaxial zueinander ausgerichtet sind. Durch die koaxiale Anordnung in der Längsachse, welche bevorzugt eine Symmetrielinie des Kopplungsmittels bildet, kann ein eindimensionaler Spannungszustand durch das Kontaktierelement und das Ankopplungselement überbetragen werden.Another advantageous embodiment of the present invention provides that the contacting element and the coupling element are aligned coaxially with one another. Due to the coaxial arrangement in the longitudinal axis, which preferably forms a line of symmetry of the coupling means, a one-dimensional stress state can be transmitted through the contacting element and the coupling element.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Abdeckplatte einen Übertragungsbereich aufweist. Der Übertragungsbereich ist konfiguriert, ein verbessertes Übertragungsverhalten der Abdeckplatte beim Einwirken einer externen Kraft zu bewerkstelligen. Durch das verbesserte Übertragungsverhalten wird die Empfindlichkeit bzw. der benötigte Druck zum Betätigen des Piezo-Schaltelements reduziert. Das verbesserte Übertragungsverhalten kann durch eine lokale Reduzierung der Steifigkeit der Abdeckplatte realisiert werden. Die Reduzierung der Steifigkeit kann durch eine Reduzierung des mechanischen Elastizitätsmoduls, bzw. durch entsprechende Werkstoffwahl erreicht werden oder durch eine Veränderung der Form der Abdeckplatte in dem Übertragungsbereich. In dem Übertragungsbereich wird bevorzugt die Steifigkeit lokal reduziert, insbesondere im Bereich des Kopplungsmittels bzw. des Ankopplungselements. Im Vergleich zu dem verbleibenden Bereich führt eine externe Kraft auf der Abdeckplatte in dem Übertragungsbereich zu einer größeren Verformung, welche mittels des Kopplungsmittels auf das Piezo-Element übertragen wird.It has also proven to be advantageous if the cover plate has a transmission area. The transmission area is configured to bring about an improved transmission behavior of the cover plate when an external force is applied. The improved transmission behavior reduces the sensitivity or the pressure required to actuate the piezo switching element. The improved transmission behavior can be achieved by locally reducing the stiffness of the cover plate. The reduction in rigidity can be achieved by reducing the mechanical modulus of elasticity, or by selecting the appropriate material, or by changing the shape of the cover plate in the transmission area. In the transmission area, the rigidity is preferably reduced locally, in particular in the area of the coupling means or the coupling element. Compared to the remaining area, an external force on the cover plate in the transmission area leads to a greater deformation, which is transmitted to the piezo element by means of the coupling means.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Übertragungsbereich die Abdeckplatte eine Dicke t von höchstens 75 %, vorzugsweise weniger als 50 %, noch weiter bevorzugt weniger als 25 % der Nenndicke t_N der Abdeckplatte beträgt. Unter der Nenndicke t_N ist der Abstand zwischen der Ebene der benutzerzugewandten Seite und der benutzerabgewandten Seite unter Vernachlässigung des Übergangsbereiches zu verstehen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Abdeckplatte in dem Übertragungsbereich so dünn wie möglich und so dick wie nötig ist. Einerseits soll eine ausreichende reduzierte Steifigkeit in dem Übertragungsbereich die Betätigung des Piezo-Schaltelements ohne hohen Kraftaufwand ermöglichen und andererseits muss mit einer ausreichenden Sicherheit die Festigkeit der Abdeckplatte gewährleistet sein.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that in the transmission area the cover plate has a thickness t of at most 75%, preferably less than 50%, even more preferably less than 25% of the nominal thickness t _N the cover plate is. Below the nominal thickness t _N the distance between the level of the side facing the user and the side facing away from the user is to be understood as neglecting the transition area. It has proven to be advantageous if the cover plate in the transmission area is as thin as possible and as thick as necessary. On the one hand, a sufficiently reduced rigidity in the transmission area should enable the piezo switching element to be actuated without a great deal of force and, on the other hand, it must also the strength of the cover plate can be guaranteed with sufficient security.

Bevorzugt weist das Gehäuse des Piezo-Schaltelements einen Durchmesser D in einer Größenordnung von 10mm ≤ D ≤ 40mm auf. Weiterhin wird die Dicke t der Abdeckplatte in dem Übertragungsbereich bevorzugt in Abhängigkeit der Materialwahl der Abdeckplatte gewählt. Beispielsweise ist die Dicke t einer Abdeckplatte aus Glas bevorzugt t ≤ 2mm, bei Kunststoff bevorzugt t ≤ 4mm und bei einem metallischen Werkstoff bevorzugt t ≤ 2mm. Darüber hinaus ist bevorzugt, wenn das Verhältnis des Durchmessers D des Piezo-Schaltelements zu der Dicke t der Abdeckplatte kleiner oder gleich 10 ist, also D/t ≤ 10.The housing of the piezo switching element preferably has a diameter D in the order of magnitude of 10 mm D 40 mm. Furthermore, the thickness t of the cover plate in the transmission area is preferably selected as a function of the choice of material for the cover plate. For example, the thickness t of a cover plate made of glass is preferably t 2mm, with plastic it is preferably t 4mm and with a metallic material it is preferably t 2mm. In addition, it is preferred if the ratio of the diameter D of the piezo switching element to the thickness t of the cover plate is less than or equal to 10, that is to say D / t 10.

Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Übertragungsbereich durch eine auf der benutzerzugewandten Seite und/oder auf der benutzerabgewandten Seite ausgebildete Ausnehmung ausgebildet ist, wobei besonders bevorzugt die Ausnehmung koaxial zu dem Ankopplungselement ausgerichtet ist. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die den Übertragungsbereich bildende Ausnehmung auf der benutzerzugewandten Seite durch den Benutzer visuell wahrnehmbar ist. Ein Benutzer kann somit unmittelbar erkennen, dass sich in dem Bereich der Vertiefung das Piezo-Schaltelement zur Erzeugung eines Schaltsignals befindet. Die Ausnehmung auf der benutzerzugewandten Seite kann bevorzugt als symmetrische Vertiefung, beispielsweise als Finger- oder Griffmulde, ausgebildet sein.It has also proven to be advantageous if the transmission area is formed by a recess formed on the side facing the user and / or on the side facing away from the user, the recess being particularly preferably aligned coaxially with the coupling element. In particular, it has proven to be advantageous that the recess forming the transmission area can be visually perceived by the user on the side facing the user. A user can thus immediately recognize that the piezo switching element for generating a switching signal is located in the area of the depression. The recess on the side facing the user can preferably be designed as a symmetrical depression, for example as a finger or gripping recess.

Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dicke t der Abdeckplatte in dem Übertragungsbereich ein lokales Minimum aufweist. Das lokale Minimum ist bevorzugt koaxial zu dem Ankopplungselement in der Längsachse angeordnet und liegt dementsprechend auf der Längsachse. Weiterhin kann es bevorzugt sein, wenn der Übertragungsbereich symmetrisch ausgebildet ist, wobei bevorzugt der Übertragungsbereich symmetrisch um die Längsachse ausgebildet ist, in der das Piezo-Element, das Kontaktierelement und das Ankopplungselement angeordnet sind.It has also proven to be advantageous if the thickness t of the cover plate has a local minimum in the transmission area. The local minimum is preferably arranged coaxially to the coupling element in the longitudinal axis and accordingly lies on the longitudinal axis. Furthermore, it can be preferred if the transmission area is designed symmetrically, the transmission area preferably being designed symmetrically about the longitudinal axis in which the piezo element, the contacting element and the coupling element are arranged.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Abdeckplatte eine mehrschichtige Abdeckplatte ist und/oder dass die Abdeckplatte aus Glas, Glaskeramik, Keramik, Kunststoff oder ein Sandwichverbund aus den vorgenannten Werkstoffen ist. Darüber hinaus können weitere Werkstoffe oder andere beliebige Werkstoffkombinationen verwendet werden.Another advantageous embodiment of the present invention provides that the cover plate is a multilayer cover plate and / or that the cover plate is made of glass, glass ceramic, ceramic, plastic or a sandwich composite made of the aforementioned materials. In addition, other materials or any other material combination can be used.

Auch kann der Übertragungsbereich durch eine auf der benutzerabgewandten Seite ausgebildete Ausnehmung gebildet sein, welche insbesondere als kreiszylindrisches Sackloch ausgebildet sein kann. Die Ausnehmung kann beispielsweise in eine einschichtige Abdeckplatte als Sackloch derart eingearbeitet oder eingeformt sein, dass die Ausnehmung die Abdeckplatte teilweise zur Bildung des Übertragungsbereichs durchdringt.The transmission area can also be formed by a recess formed on the side facing away from the user, which in particular can be formed as a circular cylindrical blind hole. The recess can for example be incorporated or molded into a single-layer cover plate as a blind hole in such a way that the recess partially penetrates the cover plate to form the transmission area.

Weiterhin kann die Ausnehmung bei einer mehrschichtigen Abdeckplatte eine vollständig oder teilweise eine oder mehrere Schichten durchdringende Ausnehmung sein. Besonders bevorzugt ist die Ausnehmung kreiszylindrisch und koaxial zu der Längsachse angeordnet. Darüber hinaus hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Ausnehmung in einer oder mehreren Schichten der Abdeckplatte als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, währenddessen eine, bevorzugt die Schicht auf der benutzerzugewandten Seite, den Übertragungsbereich bildet. Dadurch bleibt die mechanische Struktur der einen Schicht unbeeinträchtigt und ungünstige mechanische Spannungen oder Kerbwirkungen können vermieden werden.Furthermore, in the case of a multilayer cover plate, the recess can be a recess which completely or partially penetrates one or more layers. The recess is particularly preferably arranged as a circular cylinder and coaxially to the longitudinal axis. In addition, it has proven to be particularly advantageous if the recess in one or more layers of the cover plate is designed as a through hole, while one, preferably the layer on the side facing the user, forms the transmission area. As a result, the mechanical structure of one layer remains unaffected and unfavorable mechanical stresses or notch effects can be avoided.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schichten einer mehrschichtigen Abdeckplatte miteinander verbunden sind, insbesondere mittels einer Klebeverbindung.It has proven to be advantageous if the layers of a multilayer cover plate are connected to one another, in particular by means of an adhesive connection.

Eine weitere Maßgabe der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse zylinderförmig ist und ein stirnseitiges Bodenteil aufweist. Insbesondere ist es dabei bevorzugt, wenn das Gehäuse topfförmig mit einem stirnseitigen Bodenteil ausgebildet ist, wobei zylinderförmig hier und im nachfolgenden im Sinne so gebraucht wird, dass der Zylinder kongruente Stirnflächen aufweist.Another requirement of the present invention provides that the housing is cylindrical and has an end-face base part. In particular, it is preferred if the housing is pot-shaped with an end-side bottom part, with cylindrical shape being used here and in the following in the sense that the cylinder has congruent end faces.

Besonders vorteilhaft ist, den Träger mit dem Piezo-Element im Bereich des Bodenteils des Gehäuses so anzuordnen, dass das Piezo-Element in unmittelbarer Wirkverbindung mit dem Kontaktierelement steht. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Bodenteil des Gehäuses als das Kopplungsmittel ausgebildet ist, womit das Gehäuse mit einer einstückigen Form kostensparend herstellbar ist. Das Gehäuse kann bevorzugt aus einem Kunststoff in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden.It is particularly advantageous to arrange the carrier with the piezo element in the area of the bottom part of the housing in such a way that the piezo element is in direct operative connection with the contacting element. Furthermore, it is advantageous if the bottom part of the housing is designed as the coupling means, with which the housing can be manufactured in a cost-saving manner with a one-piece shape. The housing can preferably be produced from a plastic in an injection molding process.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse einen stirnseitigen und zumindest bereichsweise umlaufenden Rand aufweist, dessen freies Ende in einer gemeinsamen Ebene mit dem freien Ende des Ankopplungselements liegt. Der umlaufende Rand kann als Auflagefläche des Gehäuses an der Abdeckplatte dienen. Darüber hinaus bildet der umlaufende Rand den Hohlraum zwischen dem Kopplungsmittel und der Abdeckplatte, wodurch die federnde Ausbildung des Kopplungsmittels ermöglicht ist.According to a further advantageous embodiment of the present invention, it is advantageous if the housing has a frontal and at least regionally circumferential edge, the free end of which lies in a common plane with the free end of the coupling element. The circumferential edge can serve as a support surface for the housing on the cover plate. In addition, the circumferential edge forms the cavity between the coupling means and the cover plate, whereby the resilient design of the coupling means is made possible.

Das Gehäuse kann an der Abdeckplatte auf beliebige Weise befestigt werden, wobei bevorzugt das Gehäuse mittels einer lösbaren Schraubverbindung mit der Abdeckplatte verbunden werden kann. Alternativ kann zur Verbindung des Gehäuses mit der Abdeckplatte auch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch Kleben oder durch Ultraschallschweißen, realisiert werden.The housing can be fastened to the cover plate in any way, with the housing preferably being able to be connected to the cover plate by means of a releasable screw connection. Alternatively, to connect the housing to the cover plate, a material connection, in particular by gluing or by ultrasonic welding, can be realized.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Träger mit seiner Umfangsfläche an einer Innenfläche des Gehäuses anliegt. Durch den Formschluss zwischen dem Träger und der bevorzugt zylinderförmigen Innenfläche des Gehäuses quer zu der Längsachse kann sich ein dichter Abschluss gegenüber dem Hohlraum erzielen lassen, in dem das Piezo-Element angeordnet ist.Furthermore, it has proven to be advantageous if the carrier rests with its circumferential surface on an inner surface of the housing. The form fit between the carrier and the preferably cylindrical inner surface of the housing transversely to the longitudinal axis makes it possible to achieve a tight seal with respect to the cavity in which the piezo element is arranged.

Vorzugsweise kann der Träger als Leiterplatte ausgebildet sein, die zusätzlich Leiterbahnen und beide Seiten der Leiterplatte verbindende Durchkontaktierungen aufweisen kann. Auch ist es bevorzugt, wenn der Träger wenigstens ein elektronisches Bauelement, insbesondere einen Mikroprozessor, umfasst, wobei das elektronische Bauelement weiterhin bevorzugt auf der dem Piezo-Element gegenüberliegenden Seite des Trägers angeordnet ist und ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Piezo-Signals ein einen Schaltvorgang auslösendes Steuersignal zu erzeugen.The carrier can preferably be designed as a printed circuit board which can additionally have conductor tracks and vias connecting both sides of the printed circuit board. It is also preferred if the carrier comprises at least one electronic component, in particular a microprocessor, the electronic component furthermore preferably being arranged and configured on the side of the carrier opposite the piezo element, a switching process depending on the piezo signal generate triggering control signal.

Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die von der Abdeckplatte abgewandte Seite bzw. wenn die benutzerabgewandte Seite des Gehäuses mit einer Vergussmasse zumindest teilweise verschlossen ist. Die Vergussmasse kann den Träger in dem Gehäuse fixieren.It has also proven to be advantageous if the side facing away from the cover plate or if the side of the housing facing away from the user is at least partially closed with a potting compound. The potting compound can fix the carrier in the housing.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Piezo-Schaltelements aufweisend ein Gehäuse, eine Abdeckplatte, einen Träger mit einem Piezo-Element und ein Kopplungsmittel, das an dem Gehäuse federnd gelagert ist und ein Kontaktierelement und ein Ankopplungselement aufweist, wobei das Ankopplungselement mit der Abdeckplatte gekoppelt ist, wobei das Kontaktierelement mit dem Piezo-Element gekoppelt ist und wobei eine externe Kraft auf einer benutzerabgewandten Seite der Abdeckplatte mittels des Kopplungsmittels auf das Piezo-Element zum Erzeugen eines dieser Kraft entsprechenden Signals übertragen wird. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren sieht zunächst vor, dass eine Abdeckplatte und ein Gehäuse mit dem Kopplungsmittel bereitgestellt werden. Anschließend wird das Gehäuse zusammen mit dem Ankopplungsmittel derart auf der benutzerabgewandten Seite der Abdeckplatte positioniert, dass das Ankopplungselement in Wirkkontakt mit der Abdeckplatte kommt. In einem nächsten Verfahrensschritt kann der Träger mit dem Piezo-Element in dem Gehäuse derart positioniert werden, dass das Piezo-Element in Wirkkontakt mit dem Kontaktierelement kommt.A further aspect of the present invention relates to a method for producing a piezo switching element according to the invention having a housing, a cover plate, a carrier with a piezo element and a coupling means which is resiliently mounted on the housing and has a contact element and a coupling element, wherein the coupling element is coupled to the cover plate, the contacting element being coupled to the piezo element and an external force on a side of the cover plate facing away from the user being transmitted to the piezo element by means of the coupling means to generate a signal corresponding to this force. The production method according to the invention initially provides that a cover plate and a housing with the coupling means are provided. The housing is then positioned together with the coupling means on the side of the cover plate facing away from the user in such a way that the coupling element comes into operative contact with the cover plate. In a next method step, the carrier with the piezo element can be positioned in the housing in such a way that the piezo element comes into operative contact with the contacting element.

Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Abdeckplatte einen Übertragungsbereich aufweist und das Gehäuse bei der Positionierung auf der Abdeckplatte zu dem Übertragungsbereich der Abdeckplatte ausgerichtet wird.In particular, it has proven to be advantageous if the cover plate has a transfer area and the housing is aligned with the transfer area of the cover plate when it is positioned on the cover plate.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Gehäuse mit einer Vergussmasse ganz oder teilweise zum Fixieren des Trägers vergossen werden.According to a further advantageous embodiment of the present invention, the housing can be completely or partially potted with a potting compound to fix the carrier.

Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Gehäuse und/oder das Ankopplungselement mit dem Träger verbunden werden. Es ist bevorzugt, wenn das Gehäuse mit einer löslichen Verbindung mit der Abdeckplatte verbunden wird, beispielsweise einer Schraubverbindung. Alternativ kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Abdeckplatte durch Kleben oder ein Ultraschallschweißen realisiert werden. Auch form- und kraftschlüssige Verbindungen können für die Befestigung des Gehäuses an der Abdeckplatte verwendet werden, beispielsweise Steck-, Klemm-, oder Rastverbindungen.It has also proven to be advantageous if the housing and / or the coupling element are connected to the carrier. It is preferred if the housing is connected to the cover plate with a releasable connection, for example a screw connection. Alternatively, an integral connection between the housing and the cover plate can be realized by gluing or ultrasonic welding. Form-fitting and force-fitting connections can also be used for fastening the housing to the cover plate, for example plug-in, clamping or latching connections.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Piezo-Schaltelements in einer Mensch-Maschine-Schnittstelle.Another aspect of the present invention relates to the use of the piezo switching element according to the invention in a man-machine interface.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren drei Ausführungsbeispiele eines Piezo-Schaltelements im Detail beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische und stark vereinfachte Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Piezo-Schaltelements,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Piezo-Schaltelements, und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel des Piezo-Schaltelements.

In the following, three exemplary embodiments of a piezo switching element are described in detail with reference to the accompanying figures. Show it:

1 a schematic and greatly simplified sectional view of a first embodiment of the piezo switching element,
2 a second embodiment of the piezo switching element, and
3 a third embodiment of the piezo switching element.

Im Nachfolgenden werden die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Piezo-Schaltelements 1 beschrieben, wobei der Übersichtlichkeit halber gleiche Teile oder funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.The exemplary embodiments of a piezo switching element according to the invention shown in the figures are described below 1 described, wherein, for the sake of clarity, identical parts or functionally identical parts are identified with the same reference numerals.

Die Schnittdarstellung gemäß 1 zeigt das erfindungsgemäße Piezo-Schaltelement 1, das entlang einer Längsachse 5 angeordnet ist. Das Piezo-Schaltelement 1 umfasst ein Gehäuse 10, eine Abdeckplatte 11, einen Träger 30 mit einem Piezo-Element 35 und ein Kopplungsmittel 20. Darüber hinaus kann das Piezo-Schaltelement 1 ein elektronisches Bauteil 32 umfassen, welches elektrisch mit dem Piezo-Element 35 verbunden ist, und eingerichtet ist, eine von dem Piezo-Element 35 ausgegebene Spannung zu erfassen und ein einen Schaltvorgang auslösendes Steuersignal zu erzeugen.The sectional view according to 1 shows the piezo switching element according to the invention 1 along a longitudinal axis 5 is arranged. The piezo switching element 1 includes a housing 10 , a cover plate 11 , a carrier 30th with a piezo element 35 and a coupling agent 20th . Furthermore can the piezo switching element 1 an electronic component 32 include, which is electrically connected to the piezo element 35 is connected, and is set up, one of the piezo element 35 Detect output voltage and generate a control signal triggering a switching process.

Die Abdeckplatte 11 weist eine benutzerzugewandte Seite 8 und eine benutzerabgewandte Seite 9 auf und ist bevorzugt aus einem Glas, einer Keramik, einer Glaskeramik, einem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff hergestellt. Die Abdeckplatte 11 weist eine Nenndicke t_N auf, welche beliebig gewählt werden kann, jedoch im Vergleich zu den Abmessungen in einer Ebene parallel zu der benutzerzugewandten Seite 8 klein ist. Typische Nenndicken t_N der Abdeckplatte 11 sind 10mm > t_N > 0,5 mm, wobei sowohl größere Nenndicken t_N als auch kleinere Nenndicken t_N möglich sind und keiner Restriktionen unterliegen. The cover plate 11 has a user-facing side 8th and a user-facing side 9 and is preferably made of a glass, a ceramic, a glass ceramic, a plastic or a metallic material. The cover plate 11 has a nominal thickness t _N which can be chosen arbitrarily, but compared to the dimensions in a plane parallel to the side facing the user 8th is small. Typical nominal thicknesses t _N the cover plate 11 are 10mm> t _N > 0.5 mm, with both larger nominal thicknesses t _N as well as smaller nominal thicknesses t _N are possible and are not subject to any restrictions.

Die Abdeckplatte 11 kann und ist - wie dargestellt - bevorzugter Weise senkrecht zu der Längsachse 5 ausgerichtet.The cover plate 11 can and is - as shown - preferably perpendicular to the longitudinal axis 5 aligned.

Das Gehäuse 10 ist koaxial zu der Längsachse 5 angeordnet und kann einen hohlzylindrischen Querschnitt aufweisen. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 10 U- oder becherförmig mit einem Bodenteil 19 ausgebildet und umschließt mit seiner Innenfläche 13 einen Raum. Das Gehäuse 10 weist eine erste Seite auf, welche der Abdeckplatte 11 zugewandt ist und eine zweite Seite, welche von der Abdeckplatte 11 abgewandt ist. Die zweite Seite des Gehäuses 11 ist eine offene Stirnseite, durch die der Raum innerhalb des Gehäuses 11 zugänglich ist, wobei sich das Gehäuse 10 ausgehend von der offenen Stirnseite über den Bereich des Bodenteils 19 bis zu einem umlaufenden Rand 18 erstreckt. Im Bereich des Bodenteils 19 ist auf der der offenen Stirnseite zugewandten Seite ein ringförmiger Absatz 14 ausbildet, der in der Längsachse 5 einen schulterförmigen Anschlag bildet. Der ringförmige Absatz 14 umreift bzw. umgibt einen zweiten Hohlraum 12.The case 10 is coaxial with the longitudinal axis 5 arranged and can have a hollow cylindrical cross section. In the in 1 illustrated embodiment is the housing 10 U-shaped or cup-shaped with a bottom part 19th formed and encloses with its inner surface 13 a room. The case 10 has a first side, which is the cover plate 11 is facing and a second side, which is from the cover plate 11 is turned away. The second side of the case 11 is an open face through which the space inside the housing 11 is accessible, with the housing 10 starting from the open face over the area of the bottom part 19th up to a circumferential edge 18th extends. In the area of the bottom part 19th is an annular shoulder on the side facing the open face 14th that forms in the longitudinal axis 5 forms a shoulder-shaped stop. The annular heel 14th straps around or surrounds a second cavity 12 .

Der Rand 18 steht in der Längsachse 5 von dem Bereich des Bodenteils 19 ab und überragt das Bodenteil 19 zur Bildung eines ersten Hohlraums 12 zwischen der Abdeckplatte 11 und dem Bodenteil 19.The edge 18th stands in the longitudinal axis 5 from the area of the bottom part 19th and protrudes over the bottom part 19th to form a first cavity 12 between the cover plate 11 and the bottom part 19th .

Das Bodenteil 19 ist als federbewegliches Kopplungsmittel 20 ausgebildet, wobei das Bodenteil 19 bevorzugt rotationssymmetrisch um die Längsachse 5 ausgebildet ist und einerseits ein Ankopplungselement 26 und andererseits ein Kontaktierelement 24 aufweist, welche jeweils in entgegengesetzte Richtungen koaxial zu der Längsachse 5 sockelförmig abstehen.The bottom part 19th is as a spring-moving coupling means 20th formed, the bottom part 19th preferably rotationally symmetrical about the longitudinal axis 5 is formed and on the one hand a coupling element 26th and on the other hand a contacting element 24 having, each in opposite directions coaxial with the longitudinal axis 5 stand out in the shape of a base.

In den durch die Innenfläche 14 umschlossenen Raum ist der Träger 30 mit dem Piezo-Element 35 eingesetzt, wobei der Träger 30 derart in das U- oder becherförmige Gehäuse 10 eingesetzt ist, dass das Piezo-Element 35 auf der dem Bodenteil 19 zugewandten Seite angeordnet ist und der Träger 30 an dem ringförmigen Absatz 14 anliegen kann. Die Form und Größe des Trägers 30 korrespondieren bevorzugter Weise mit dem Querschnitt des Raums, wodurch die Lage des Trägers 30 relativ zu der Längsachse 5 vorgegeben ist und das Piezo-Element 35 koaxial zu der Längsachse 5 angeordnet werden kann. Der Träger 30 bzw. das Piezo-Element 35, der ringförmige Absatz 14 und das Bodenteil 19 umschließen den zweiten Hohlraum 12.In the through the inner surface 14th enclosed space is the carrier 30th with the piezo element 35 used, the carrier 30th such in the U-shaped or cup-shaped housing 10 is used that the piezo element 35 on the the bottom part 19th facing side is arranged and the carrier 30th on the annular shoulder 14th can apply. The shape and size of the wearer 30th preferably correspond to the cross-section of the room, whereby the position of the carrier 30th relative to the longitudinal axis 5 is given and the piezo element 35 coaxial with the longitudinal axis 5 can be arranged. The carrier 30th or the piezo element 35 , the annular shoulder 14th and the bottom part 19th enclose the second cavity 12 .

Das Kopplungsmittel 20 bzw. das Bodenteil 19 kann innerhalb des ersten und zweiten Hohlraums federnd ausgelenkt werden.The coupling agent 20th or the bottom part 19th can be resiliently deflected within the first and second cavity.

Auf der von dem Piezo-Element 35 abgewandten Seite des plattenförmigen Trägers 30 kann ein elektronisches Bauteil 32 angeordnet sein, welches elektrisch mit dem Piezo-Element 35 gekoppelt ist und eingerichtet ist, die Signale des Piezo-Elements 35 auszuwerten und ein Steuersignal zu erzeugen.On the from the piezo element 35 remote side of the plate-shaped carrier 30th can be an electronic component 32 be arranged, which is electrically connected to the piezo element 35 is coupled and is set up, the signals of the piezo element 35 evaluate and generate a control signal.

Der Träger 30 mit dem Piezo-Element 35 kann darüber hinaus durch eine Vergussmasse 38 in dem Raum fixiert werden, in dem das Gehäuse 10 von der offenen Stirnseite mit der Vergussmasse 38 ganz oder teilweise verfüllt wird.The carrier 30th with the piezo element 35 can also be achieved by a casting compound 38 be fixed in the room in which the housing 10 from the open face with the casting compound 38 is completely or partially filled.

Das Gehäuse 10 ist derart an der Abdeckplatte 11 angeordnet, dass einerseits das Ankopplungselement 26 in Wirkverbindung oder Wirkkontakt mit der Abdeckplatte 11 steht und andererseits das Kontaktierelement 24 in Wirkverbindung oder Wirkkontakt mit dem Piezo-Element 35 steht.The case 10 is like this on the cover plate 11 arranged that on the one hand the coupling element 26th in operative connection or operative contact with the cover plate 11 stands and on the other hand the contacting element 24 in operative connection or operative contact with the piezo element 35 stands.

Eine externe Kraft F, welche in den Ausführungsbeispielen nur zur Veranschaulichung in 1 mittels eines Pfeils dargestellt ist, führt zu einer elastischen Verformung der Abdeckplatte 11, wobei die Verformung mittels des an dem Gehäuse 10 federnd abgestützten Kopplungsmittels auf das Piezo-Element 35 einwirkt. Aufgrund der Verformung wird von dem Piezo-Element 35 eine Spannung ausgegeben, die durch entsprechende Auswertung in ein Steuersignal gewandelt werden kann.An external force F, which in the exemplary embodiments is only used for illustration in FIG 1 is shown by means of an arrow, leads to an elastic deformation of the cover plate 11 , the deformation by means of the on the housing 10 resiliently supported coupling means on the piezo element 35 acts. Due to the deformation, the piezo element 35 a voltage is output that can be converted into a control signal by appropriate evaluation.

Die Abdeckplatte 11 weist eine Ausnehmung 16 auf, die einen Übertragungsbereich 15 mit verringerter Biegesteifigkeit bilden kann, der das Übertragungsverhalten der Abdeckplatte 11 verbessern kann. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung 16 als eine Sacklochbohrung auf der benutzerabgewandten Seite 9 ausgebildet und kann an die Größe und Form des Gehäuses 10 angepasst sein. Die Ausnehmung 16 kann eine zylindrische Form aufweisen, die koaxial zu der Längsachse 5 ausgebildet ist. Weiterhin reduziert die Ausnehmung 16 die Dicke t der Abdeckplatte 11 lokal um mindestens 25%, weiter bevorzugt um 50% noch weiter bevorzugt um 75% oder mehr im Vergleich zu der Nenndicke t_N , wodurch die Steifigkeit der Abdeckplatte 11 lokal reduziert wird, um eine hohe Empfindlichkeit des Piezo-Schaltelements 1 auch bei kleineren externen Kräften F zu realisieren. Vorliegend ist die Dicke t in dem Übertragungsbereich 15 um ca. 80% reduziert, wobei die Dicke t in dem Übertragungsbereich 15 bei einer Abdeckplatte aus Glas oder Metall nicht größer sein sollte als etwa 4mm und bei einem Kunststoff nicht dicker als 6mm.The cover plate 11 has a recess 16 on showing a transmission range 15th with reduced flexural rigidity, which can affect the transmission behavior of the cover plate 11 can improve. In the in 1 illustrated embodiment is the recess 16 as a blind hole on the side facing away from the user 9 designed and can be adapted to the size and shape of the Housing 10 be adjusted. The recess 16 may have a cylindrical shape that is coaxial with the longitudinal axis 5 is trained. Furthermore, the recess is reduced 16 the thickness t of the cover plate 11 locally by at least 25%, more preferably by 50%, even more preferably by 75% or more compared to the nominal thickness t _N , increasing the rigidity of the cover plate 11 is locally reduced to a high sensitivity of the piezo switching element 1 to be realized even with smaller external forces F. Here, the thickness t is in the transmission area 15th reduced by about 80%, with the thickness t in the transmission area 15th with a cover plate made of glass or metal should not be larger than about 4mm and with a plastic not thicker than 6mm.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, welches sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 in der Ausgestaltung der Abdeckplatte 11 unterscheidet. 2 shows a second embodiment which differs from the first embodiment according to FIG 1 in the design of the cover plate 11 differs.

Die Abdeckplatte 11 in 2 umfasst mindestens zwei Schichten 11a, 11b, wobei die Schichten 11a, 11b miteinander verbunden sein können und besonders bevorzugt miteinander verklebt sind.The cover plate 11 in 2 comprises at least two layers 11a , 11b , with the layers 11a , 11b can be connected to one another and are particularly preferably glued to one another.

Die beispielhaft abgebildete Abdeckplatte 11 ist zweischichtig ausgebildet, wobei die erste Schicht 11a, die auf der benutzerzugewandten Seite 8 angeordnet ist, wesentlich dünner ist als die zweite Schicht 11b, die auf der benutzerabgewandten Seite 9 angeordnet ist. Die Schichten 11a, 11b der mehrschichtigen Abdeckplatte 11 können aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sein, wobei bevorzugt wenigstens die erste Schicht 11a aus Glas hergestellt ist. Die auf der benutzerabgewandten Seite 9 angeordnete Schicht 11b weist eine als Durchgangsbohrung 17 ausgebildete Ausnehmung 16 auf, wodurch der Übertragungsbereich 15 durch die obere Schicht 11a gebildet ist. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da die obere Schicht 11a eine konstante Dicke aufweist und somit keine Einschnitte, Kerben oder Oberflächenvariationen aufweist, die sich nachteilig auf die Festigkeit der Abdeckplatte 11 auswirken können. Die Dicke t_11a der Schicht 11a beträgt ca. 1/5 der Dicke t_11b , der Schicht 11b.The cover plate shown as an example 11 is formed in two layers, the first layer 11a that are on the user-facing page 8th is arranged, is much thinner than the second layer 11b on the side facing away from the user 9 is arranged. The layers 11a , 11b the multilayer cover plate 11 can be made of different materials, preferably at least the first layer 11a is made of glass. The one on the non-user side 9 arranged layer 11b has one as a through hole 17th trained recess 16 on, reducing the transmission range 15th through the top layer 11a is formed. This configuration is advantageous as the top layer 11a has a constant thickness and thus has no cuts, notches or surface variations that adversely affect the strength of the cover plate 11 can affect. The fat t _11a the shift 11a is about 1/5 of the thickness t _11b , the shift 11b .

Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 dadurch, dass die Ausnehmung 16 nicht auf der benutzerabgewandten Seite 9 ausgebildet ist, sondern auf der benutzerzugewandten Seite 8. Die Ausnehmung 16 ist koaxial zu der Längsachse 5 ausgerichtet und vorzugsweise symmetrisch zu der Längsachse 5 weiter bevorzugt muldenförmig ausgebildet. Die Dicke t der Abdeckplatte 11 weist in dem Schnittpunkt mit der Längsachse 5 ein lokales Minimum auf. Die Dicke t in dem lokalen Minimum der Abdeckplatte 11 beträgt ca. 1/10 der Nenndicke t_N der Abdeckplatte 11. Die Ausnehmung 16 kann ferner eine ergonomisch optimierte Form aufweisen, insbesondere nach Art einer Griff- oder Fingermulde, und kann hierfür beispielsweise einen konstanten Radius aufweisen. Die auf der benutzerzugewandten Seite 8 angeordnete Ausnehmung 16 kann eine haptische und/oder visuelle Lokalisierung des Piezo-Schaltelements 1 für den Benutzer vereinfachen bzw. verbessern.The third embodiment according to 3 differs from the exemplary embodiments according to 1 and 2 in that the recess 16 not on the side facing away from the user 9 is designed, but on the user-facing side 8th . The recess 16 is coaxial with the longitudinal axis 5 aligned and preferably symmetrical about the longitudinal axis 5 more preferably trough-shaped. The thickness t of the cover plate 11 points at the intersection with the longitudinal axis 5 a local minimum. The thickness t in the local minimum of the cover plate 11 is approx. 1/10 of the nominal thickness t _N the cover plate 11 . The recess 16 can also have an ergonomically optimized shape, in particular in the manner of a grip or finger recess, and can for this purpose have a constant radius, for example. The one on the user-facing side 8th arranged recess 16 can be a haptic and / or visual localization of the piezo switching element 1 simplify or improve for the user.

Zum Herstellen des Piezo-Schaltelements 1 wird zunächst die Abdeckplatte 11 bereitgestellt und eine Ausnehmung 16 auf der benutzerzugewandten Seite 8 und/oder der benutzerabgewandten Seite 9 eingearbeitet oder eingeformt. Darüber hinaus wird das Gehäuse 10 bereitgestellt, wobei besonders bevorzugt das Gehäuse 10 einstückig zusammen mit dem Kopplungsmittel 20 bereitgestellt wird und beispielsweise zur Bereitstellung in einem Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt werden kann. Das Gehäuse 10 kann eben genauso aus einem metallischen Werkstoff in einem beliebigen Verfahren hergestellt werden.For producing the piezo switching element 1 is first the cover plate 11 provided and a recess 16 on the user-facing side 8th and / or the side facing away from the user 9 incorporated or molded. In addition, the housing 10 provided, the housing being particularly preferred 10 in one piece together with the coupling means 20th is provided and can be produced from plastic, for example, for provision in an injection molding process. The case 10 can just as well be produced from a metallic material in any process.

In einem darauffolgenden Schritt wird das Gehäuse 10 koaxial zu der Längsachse 5 und der Ausnehmung 16 ausgerichtet und der Art im Bereich der benutzerabgewandten Seite 9 auf die Abdeckplatte 11 aufgesetzt, dass das Ankopplungselement 26 und bevorzugt auch der Rand 18 des Gehäuses 10 in Wirkkontakt mit der Abdeckplatte 11 stehen.In a subsequent step, the housing 10 coaxial with the longitudinal axis 5 and the recess 16 aligned and the type in the area of the non-user side 9 on the cover plate 11 put on that the coupling element 26th and prefers the edge too 18th of the housing 10 in operative contact with the cover plate 11 stand.

Der Träger 30 kann zusammen mit dem Piezo-Element 35 in das Gehäuse 10 eingesetzt werden, wobei der Träger 30 sowohl vor dem Positionieren des Gehäuses 10 auf der Abdeckplatte 11 in das Gehäuse 10 eingesetzt werden kann als auch nach dem Positionieren des Gehäuses 10 auf der Abdeckplatte 11. Wesentlich ist, dass beim Positionieren des Trägers 30 das Piezo-Element 35 in Wirkkontakt mit dem Kontaktierelement 24 gebracht wird. The carrier 30th can be used together with the piezo element 35 in the housing 10 are used, the carrier 30th both before positioning the housing 10 on the cover plate 11 in the housing 10 can be used as well as after positioning the housing 10 on the cover plate 11 . It is essential that when positioning the carrier 30th the piezo element 35 in operative contact with the contacting element 24 is brought.

Weiterhin kann anschließend das Gehäuse 10 an der Abdeckplatte 11 befestigt werden, wobei stoffschlüssige Verbindungen bevorzugt sind, wie beispielsweise Klebeverbindungen oder eine Ultraschall-Schweiß-Verbindung.Furthermore, the housing can then 10 on the cover plate 11 are fastened, with material connections being preferred, such as adhesive connections or an ultrasonic welded connection.

Abschließend kann in einem weiteren Verfahrensschritt der Raum in dem Gehäuse 10 mittels einer Vergussmasse 38 ganz oder teilweise aufgefüllt werden, wodurch der Träger 30 in dem Gehäuse 10 fixiert werden kann.Finally, in a further method step, the space in the housing 10 by means of a potting compound 38 be fully or partially filled, thereby reducing the carrier 30th in the case 10 can be fixed.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: SchaltelementSwitching element
55: LängsachseLongitudinal axis
88th: benutzerzugewandte Seite von 11 user-facing page of 11
99: benutzerabgewandte Seite von 11 user-facing side of 11
1010: Gehäusecasing
1111: AbdeckplatteCover plate
11a11a: erste Schicht von 11 first layer of 11
11b11b: zweite Schicht von 11 second layer of 11
1212: Hohlraumcavity
1313: InnenflächeInner surface
1414th: Absatzparagraph
1515th: ÜbertragungsbereichTransmission range
1616: AusnehmungRecess
1717th: DurchgangPassage
1818th: Randedge
1919th: BodenteilBottom part
2020th: KopplungsmittelCoupling agent
2424: KontaktierelementContacting element
2626th: AnkopplungselementCoupling element
3030th: Trägercarrier
3131: LeiterplatteCircuit board
3232: elektronisches Bauteil electronic component
3535: Piezo-ElementPiezo element
3838: VergussmasseCasting compound

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 4332927 C2 [0003, 0004]
DE 102009012475 A1 [0006]

Claims

Piezo switching element (1) comprising: - a housing (10), - a cover plate (11), - A carrier (30) with a piezo element (35), and - A coupling means (20) which comprises a contacting element (24) and a coupling element (26), - wherein the coupling element (26) is coupled to the cover plate (11), - the contacting element (24) being coupled to the piezo element (35), and - wherein an external force (F) on a user-facing side (8) of the cover plate (11) is transmitted by means of the coupling means (20) to the piezo element (35) to generate a signal corresponding to this force (F).

Piezo switching element (1) after Claim 1 characterized in that a cavity (12) is formed between the coupling means (20) and the piezo element (35) and / or between the coupling means (20) and the cover plate (11) for the resilient design of the coupling means (20).

Piezo switching element (1) after Claim 1 or 2 characterized in that the coupling element (26) is in the form of a base and is in operative connection with the cover plate (11).

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the contacting element (24) is aligned in the manner of a socket on the piezo element (35) and is in operative connection with the piezo element (35).

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling means (20) is flexurally elastic and / or is resiliently supported on the housing (10).

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the contacting element (24) and the coupling element (26) are aligned coaxially to one another.

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cover plate (11) has a transmission area (15).

Piezo switching element (1) after Claim 7 , characterized in that in the transmission area (15) a thickness (t) of the cover plate is at most 75%, preferably less than 50% of the nominal thickness (t _N ) of the cover plate (11).

Piezo switching element (1) after Claim 7 or 8th , characterized in that a thickness (t) of the cover plate (11) in the transmission area (15) with a cover plate (11) made of metal, glass, ceramic or glass ceramic t ≤ 4 mm and with a cover plate (11) made of a plastic or Plastic mixture t ≤ 6 mm.

Piezo switching element (1) according to one of the Claims 7 to 9 characterized in that the transmission area (15) is arranged coaxially to the coupling element (26).

Piezo switching element (1) after Claim 10 characterized in that the thickness (t) of the cover plate (11) in the recess (16) in the area of the coupling element (26) has a local minimum.

Piezo switching element (1) according to one of the Claims 7 to 11 , characterized in that the transmission area (15) is formed by a recess (16) on the user-facing side (9) and / or the user-facing side (8) of the cover plate (11).

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cover plate (11) is a multilayer cover plate and / or is made of glass, glass ceramic or plastic.

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (10) is cylindrical with an end-face base part (19).

Piezo switching element (1) after Claim 14 characterized in that the bottom part (19) is designed as a coupling means (20).

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (10) has an end-side circumferential edge (18), the free end of which lies in a common plane with the coupling element (26).

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier (30) rests with its peripheral surface on an inner surface (13) of the housing (10).

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier (30) is designed as a printed circuit board (31).

Piezo switching element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that that an open end face of the housing (10) is at least partially closed by means of a potting compound (38).

Manufacturing method of a piezo switching element (1) having the features of Claims 1 to 19th comprising the following method steps: - providing the cover plate (11), - providing the housing (10), - positioning the housing (10) on the cover plate (11) in such a way that the coupling element (26) of the coupling means (20) the cover plate (11 ) contacted, and - positioning the carrier (30) with the piezo element (35), wherein the piezo element (35) is brought into operative contact with the contacting element (24) of the coupling means (20).

Manufacturing process according to Claim 20 , characterized in that the cover plate (11) has a transmission area (15), and that the housing (10) is aligned coaxially to the transmission area (15) during positioning.

Manufacturing process according to one of the Claims 20 or 21st , characterized in that after the carrier (30) has been positioned, the housing (10) is completely or partially filled with a potting compound (38).