DE102020116903A1

DE102020116903A1 - Bedieneinheit

Info

Publication number: DE102020116903A1
Application number: DE102020116903.5A
Authority: DE
Inventors: Marcel Bastiaanse; Berthold Esders; Udo Gayer
Original assignee: Daimler AG; Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2021-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit (1), umfassend ein Oberflächenbauteil (2) mit einer kapazitiven Sensoreinheit (3) und eine Leiterplatte (4), wobei die kapazitive Sensoreinheit (3) mindestens einen elektrischen Kontaktbereich (5) aufweist und die Leiterplatte (4) mindestens ein elektrisches Kontaktelement (6) aufweist, und wobei der mindestens eine elektrische Kontaktbereich (5) der kapazitiven Sensoreinheit (3) mit dem mindestens einen elektrischen Kontaktelement (6) der Leiterplatte (4) elektrisch leitfähig kontaktiert ist.Erfindungsgemäß ist das mindestens eine elektrische Kontaktelement (6) der Leiterplatte (4) als ein Federarm ausgebildet, welcher mit einem Endbereich (6.1) elektrisch leitfähig an der Leiterplatte (4) befestigt ist und mit einem von der Leiterplatte (4) beabstandeten freien Endbereich (6.2) am mindestens einen elektrischen Kontaktbereich (5) der kapazitiven Sensoreinheit (3) elektrisch leitfähig anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2011 118 347 A1 beschrieben, ein Schaltelement bekannt. Das Schaltelement für ein Bedienfeld oder einen Türgriff in einem Kraftfahrzeug besitzt einen Betätigungsbereich zur manuellen betätigenden Einwirkung und einen mit dem Betätigungsbereich in Wirkverbindung stehenden Sensor zur Erzeugung eines Schaltsignals bei Einwirkung auf den Betätigungsbereich. Der Sensor weist ein kapazitives Medium auf. Unterhalb des Betätigungsbereichs ist ein Trägerteil mit einem Behälter zur Aufnahme des kapazitiven Mediums angeordnet. Das kapazitive Medium kann auch unterhalb des Betätigungsbereichs an einem Trägerteil angeordnet sein, wobei das kapazitive Medium an das Trägerteil in der Art eines 2K(Zwei-Komponenten)-Teils angespritzt sein kann.
In der DE 10 2011 081 604 A1 wird eine Bedienvorrichtung beschrieben. Die Bedienvorrichtung zur Bedienung von elektrischen Komponenten eines Fahrzeugs umfasst eine Betätigungsoberfläche, die eine Sichtseite der Bedienvorrichtung bildet und auf der mindestens ein Symbol darstellbar ist. Durch Berührung mindestens eines Bereichs der Betätigungsoberfläche mit einem Betätigungselement wird ein Signal von der Bedienvorrichtung an mindestens eine dem Symbol zugeordnete elektrische Komponente ausgegeben. Die Bedienvorrichtung umfasst zumindest ein formgebendes Strukturelement aus Saphirglas.
Aus der DE 10 2016 123 411 A1 sind eine Bedienvorrichtung mit Wippelement zum Bedienen von zumindest einem elektrischen Gerät in einem Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeugbauteil mit einer Bedienvorrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Bedienen einer Bedienvorrichtung bekannt. Die Bedienvorrichtung umfasst ein Bedienelement und eine Leiterplatte. Auf einer ersten Seite der Leiterplatte ist ein Schaltelement angeordnet. Bei einem Betätigen des Bedienelements ist das Schaltelement schaltbar. Die Leiterplatte ist zwischen dem Bedienelement und dem Schaltelement angeordnet, so dass die erste Seite der Leiterplatte dem Bedienelement abgewandt ist und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite dem Bedienelement zugewandt ist. Die Bedienvorrichtung weist ein separates Wippelement auf, welches abhängig von einer Betätigung des Bedienelements durch eine dadurch initiierte Wippbewegung zur Betätigung des Schaltelements ausgebildet ist.
In der DE 10 2009 011 709 A1 wird eine Instrumententafel mit einer Anzeige- und Bedienkomponente beschrieben. Die Instrumententafel für ein Kraftfahrzeug umfasst mindestens eine Anzeige- und Bedieneinheit, die mindestens ein Anzeige- und Bedienelement aufweist und in mindestens einer Anzeige- und Bedienkomponente angeordnet ist, welche zu einem Innenraum eines Fahrzeuges gerichtet in oder auf den Korpus der Instrumententafel ein- oder aufgesetzt ist und dabei den Korpus der Instrumententafel zumindest teilweise flächig überspannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Bedieneinheit anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bedieneinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Bedieneinheit, beispielsweise eine Schalteinheit und/oder Eingabeeinheit, insbesondere für ein Fahrzeug, umfasst ein Oberflächenbauteil mit einer kapazitiven Sensoreinheit und des Weiteren eine Leiterplatte. Die kapazitive Sensoreinheit weist mindestens einen elektrischen Kontaktbereich auf. Die Leiterplatte weist mindestens ein elektrisches Kontaktelement auf. Der mindestens eine elektrische Kontaktbereich der kapazitiven Sensoreinheit ist mit dem mindestens einen elektrischen Kontaktelement der Leiterplatte elektrisch leitfähig kontaktiert.
Erfindungsgemäß ist das mindestens eine elektrische Kontaktelement der Leiterplatte als ein Federarm ausgebildet, welcher mit einem Endbereich elektrisch leitfähig an der Leiterplatte befestigt ist, beispielsweise mit der Leiterplatte verlötet und/oder in eine Bohrung der Leiterplatte eingepresst ist, und mit einem von der Leiterplatte beabstandeten freien Endbereich am mindestens einen elektrischen Kontaktbereich der kapazitiven Sensoreinheit elektrisch leitfähig anliegt. Insbesondere ist dieses als Federarm ausgebildete mindestens eine elektrische Kontaktelement der Leiterplatte senkrecht zur Leiterplatte ausgerichtet, insbesondere senkrecht abstehend von einer dem Oberflächenbauteil und somit der kapazitiven Sensoreinheit zugewandten Flachseite der Leiterplatte, d. h. ausgehend von der Leiterplatte, insbesondere von der dem Oberflächenbauteil und somit der kapazitiven Sensoreinheit zugewandten Flachseite der Leiterplatte, in Richtung der kapazitiven Sensoreinheit ausgerichtet.
Das mindestens eine elektrische Kontaktelement der Leiterplatte ist somit elastisch, insbesondere biegsam, oder federnd gelagert, und liegt mit dem freien Endbereich insbesondere vorgespannt am mindestens einen elektrischen Kontaktbereich der kapazitiven Sensoreinheit an, so dass eine gute und sichere elektrisch leitfähige Kontaktierung erreicht ist. Das mindestens eine elektrische Kontaktelement der Leiterplatte ist dabei insbesondere als eine Biegefeder ausgebildet, insbesondere als eine Blattfeder, beispielsweise in Form eines Kontaktstifts. Um einen möglichst großen Anpressdruck und eine vorgegebene Kontaktfläche sicherzustellen, ist der freie Endbereich vorteilhafterweise in Richtung des elektrischen Kontaktbereichs der kapazitiven Sensoreinheit vorgewölbt ausgebildet und liegt somit mit dieser Vorwölbung am mindestens einen elektrischen Kontaktbereich der kapazitiven Sensoreinheit an.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einen kostengünstigen, modularen Aufbau der Bedieneinheit für flexible Bauteilproduktion. Zudem erfordert die beschriebene elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der kapazitiven Sensoreinheit und der Leiterplatte nur einen geringen Bauraum. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäße Lösung die elektrisch leitfähige Kontaktierung des mindestens einen elektrischen Kontaktbereichs der kapazitiven Sensoreinheit mit dem mindestens einen elektrischen Kontaktelement der Leiterplatte beispielsweise auch als elektrischer Schleifkontakt realisiert werden. Dadurch kann beispielsweise eine Aktuatorik innerhalb der insbesondere als Schalteinheit, insbesondere als Schalter, ausgebildeten Bedieneinheit realisiert werden.
Die kapazitive Sensoreinheit ist insbesondere als eine Folie ausgebildet. Bei der Verarbeitung solcher Folienbauteile mit Sensoren wird bisher zur Signalauswertung eine Kontaktierung zu einer entsprechenden Auswerteelektronik durch so genannte Tails realisiert, d. h. durch über die Folie randseitig überstehende elektrische Verbindungsteile. Diese Tails sind mechanisch empfindlich und behindern eine Fertigung insbesondere hochintegrierter Folienbauteile, insbesondere beim Spritzgießen, bei allen Handlingsabläufen und bei einer Endmontage, da sie nur einachsig gebogen werden sollten.
Bisher werden diese Tails auf komplizierte Weise auf Dekorteile aufgeklebt, da eine Spritzgussbearbeitung nur schwer zu realisieren ist, denn eine Abdichtung im Spritzwerkzeug, um das Tail auszuleiten, ist nur schwer realisierbar. Beispielsweise ist aufgrund von Dickenschwankungen der Folie und eines darauf gedruckten kapazitiven Sensors mit Beschädigungen am Spritzwerkzeug und an den Tails zu rechnen. Die gewünschte Biegsamkeit der Tails bedingt zudem eine geradlinige Ausführung mit der Bewegungsfreiheit um eine Achse. Dies hat jedoch zur Folge, dass keine beliebigen Bauteilaußenkonturen mit Sensorflächen belegt werden können.
Durch die erfindungsgemäße Lösung entfallen diese Tails, da bei der erfindungsgemäßen Lösung der mindestens eine elektrische Kontaktbereich direkt auf der als Folie ausgebildeten kapazitiven Sensoreinheit angeordnet ist, d. h. auf mindestens einer Flachseite der Folie. Dadurch ragen keine Kontaktbahnen über die Folie und somit auch nicht über eine Werkzeugtrennebene des Spritzgusswerkzeugs hinaus. Stattdessen ist stabil auf der Leiterplatte das mindestens eine elektrische Kontaktelement als Federarm für eine federnde Kontaktierung aufgebracht und so ausgeführt, dass es durch eine Montage des Oberflächenbauteils mit der Leiterplatte den mindestens einen elektrischen Kontaktbereich der als Folie ausgebildeten kapazitiven Sensoreinheit berührt.
Das Erreichen dieses mindestens einen elektrischen Kontaktbereichs von der Leiterplatte aus wird somit durch das mindestens eine elektrische Kontaktelement ermöglicht, welches an der Leiterplatte elektrisch leitfähig befestigt ist und sich ausgehend von der Leiterplatte in Richtung des mindestens einen elektrischen Kontaktbereichs der als Folie ausgebildeten kapazitiven Sensoreinheit erstreckt. Es resultieren daraus somit keine Handlingsnachteile bei der Integration der kapazitiven Sensoreinheit. Der elektrische Kontaktbereich kann, beispielsweise analog einer Dekorfolie des Oberflächenbauteils, unter Temperatur und Druck dreidimensional geformt werden und komplexen Bauteilgeometrien folgen. Durch den Entfall der Tails ist keine gesonderte Abdichtung des Spritzwerkzeugs erforderlich, Dickentoleranzen werden beim Spritzprozess ausgeglichen.
Der durch die erfindungsgemäße Lösung ermöglichte Entfall dieser Tails ist somit für die beschriebenen Prozessabläufe besonders vorteilhaft. Zudem wird es durch die erfindungsgemäße Lösung beispielsweise ermöglicht, die als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit sehr weit an ein Bauteilende des Oberflächenbauteils zu legen. Insbesondere durch die Ausbildung der kapazitiven Sensoreinheit als Folie können des Weiteren auch Seitenflanken des Oberflächenbauteils als Bedienfläche verwendet werden.
Die als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit weist vorteilhafterweise auf mindestens einer Flächenseite eine funktionale Bedruckung und/oder auf mindestens einer Flächenseite eine dekorative Bedruckung auf. Durch die funktionale Bedruckung sind insbesondere Leiterbahnen und/oder mindestens ein kapazitiver Sensor und/oder andere elektrische Funktionselemente ausgebildet. Die dekorative Bedruckung kann beispielsweise eine Beschriftung und/oder Symbolik umfassen, insbesondere zur Kennzeichnung einer Funktion der Bedieneinheit. Sind die funktionale Bedruckung und die dekorative Bedruckung auf der derselben Flächenseite und im selben Bereich angeordnet, dann ist zweckmäßigerweise die dekorative Bedruckung auf der funktionalen Bedruckung angeordnet, d. h. es ist zunächst die funktionale Bedruckung auf die Folie aufgebracht worden und darauf dann die dekorative Bedruckung. Sind die funktionale und die dekorative Bedruckung auf derselben Flächenseite angeordnet und ist auch der elektrische Kontaktbereich auf dieser Flächenseite vorgesehen, dann ist zweckmäßigerweise der elektrische Kontaktbereich von der dekorativen Bedruckung freigestellt.
Die Folie kann beispielsweise auch auf beiden Flächenseiten jeweils eine funktionale Bedruckung aufweisen. Dann kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die beiden funktionalen Bedruckungen mittels einer Durchkontaktierung durch die Folie hindurch miteinander elektrisch leitfähig verbunden sind.
Beispielsweise ist auf einer von der Leiterplatte abgewandten Vorderseite der kapazitiven Sensoreinheit mindestens eine vorderseitige Kunststoffschicht angeordnet, beispielsweise aus Polyurethan und/oder Polycarbonat. Beispielsweise ist auf einer der Leiterplatte zugewandten Rückseite der kapazitiven Sensoreinheit mindestens eine rückseitige Kunststoffschicht angeordnet. Die jeweilige Kunstststoffschicht ist vorteilhafterweise transluzent ausgebildet. Die Verwendung solcher transluzenten Werkstoffe ermöglicht eine hohe Designfreiheit bei der Platzierung der Symbolik und/oder eines Ambientelichts bei gleichzeitig vollumfänglicher störungsfreier kapazitiver Signalerfassung mittels der kapazitiven Sensoreinheit. Auf der Leiterplatte ist beispielsweise mindestens eine Lichtquelle, beispielsweise eine LED (Licht emittierende Diode) angeordnet, beispielsweise zur Realisierung des Ambientelichts und/oder zur Beleuchtung der Beschriftung und/oder Symbolik.
Alternativ oder zusätzlich zur jeweiligen Kunststoffschicht können beispielsweise auch andere Werkstoffe verwendet werden, insbesondere auf der Vorderseite der kapazitiven Sensoreinheit, insbesondere zur Ausbildung einer äußeren Oberfläche des Oberflächenbauteils, beispielsweise Glas, Holz oder Metall.
Zweckmäßigerweise weist die insbesondere als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit mehrere elektrische Kontaktbereiche auf, wobei sie auf einer Flächenseite oder auf beiden Flächenseiten jeweils einen oder mehrere elektrische Kontaktbereiche aufweisen kann, und die Leiterplatte weist korrespondierend dazu mehrere elektrische Kontaktelemente auf.
In einer möglichen Ausführungsform weist die als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit auf mindestens einer Flächenseite ein E-paper auf, das mittels Elektrophorese eine Symbolik und/oder dekorative Designs darstellen kann. Insbesondere ist oder wird anstatt der dekorativen Bedruckung das so genannte E-paper aufgebracht, das mittels Elektrophorese eine Symbolik oder auch dekorative Designs darstellen kann. Dies kann dann mittels der dahinter positionierten kapazitiven Schaltung der kapazitiven Sensoreinheit ein- oder ausgeschaltet werden.
In einer möglichen Ausführungsform weist die als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit auf einer der Leiterplatte zugewandten Flächenseite einen transparenten OLCD-Druck auf, d. h. eine transparente OLCD-Bedruckung. Insbesondere anstatt der funktionalen Bedruckung ist oder wird vorteilhafterweise auf der Innenseite der Sensoreinheit der transparente OLCD-Druck aufgebracht, der vorteilhafterweise ebenso über die beschriebene elektrische Kontaktierungslösung elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist oder wird, d. h. über das mindestens eine als Federarm ausgebildete elektrische Kontaktelement der Leiterplatte, das mit einem Endbereich elektrisch leitfähig an der Leiterplatte befestigt ist und mit dem von der Leiterplatte beabstandeten freien Endbereich am mindestens einen elektrischen Kontaktbereich der kapazitiven Sensoreinheit elektrisch leitfähig anliegt. Auch hier dient vorteilhafterweise die zwischen der Folie und der dekorativen Bedruckung aufgebrachte kapazitive Schaltung der kapazitiven Sensoreinheit zum Steuern von Displayinformationen, welche mittels des OLCD angezeigt werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch eine Ausführungsform einer Bedieneinheit,
2 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Leiterplatte der Bedieneinheit,
3 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Oberflächenbauteils der Bedieneinheit,
4 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Sensorfolie der Bedieneinheit,
5 schematisch eine weitere Ausführungsform der Sensorfolie und eine weitere Ausführungsform von elektrischen Kontaktelementen der Leiterplatte der Bedieneinheit,
6 schematisch eine weitere Ausführungsform der Sensorfolie und eine weitere Ausführungsform der Leiterplatte der Bedieneinheit,
7 schematisch eine weitere Ausführungsform der Bedieneinheit, und
8 schematisch eine weitere Ausführungsform der Bedieneinheit.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 bis 8 zeigen beispielhaft verschiedene Ausführungsformen einer Bedieneinheit 1 bzw. von Komponenten dieser Bedieneinheit 1. Die Bedieneinheit 1 ist beispielsweise als eine Schalteinheit und/oder Eingabeeinheit, insbesondere für ein Fahrzeug, ausgebildet. Die Bedieneinheit 1 umfasst ein Oberflächenbauteil 2 mit einer kapazitiven Sensoreinheit 3 und eine Leiterplatte 4. 1 zeigt die hier dargestellte Ausführungsform der Bedieneinheit 1 in einer Schnitt- und Explosionsdarstellung, d. h. Leiterplatte 4 und Oberflächenbauteil 2 sind hier noch nicht miteinander verbunden. Die 7 und 8 zeigen Ausführungsformen der fertig montierten Bedieneinheit 1.
Bei bisherigen Bedienoberflächen, welche kapazitive Sensoreinheiten 3 als kapazitive Schaltelemente nutzen, ist die kapazitive Sensoreinheit 3 an einer Rückseite des Oberflächenbauteils 2 angeordnet und von hinten mittels LED (Licht emittierenden Dioden) durchleuchtet. Das Oberflächenbauteil 2 ist beispielsweise aus Kunststoff, Kunststoffkombinationen, Metall, Holz oder Glas ausgebildet. Die kapazitive Sensoreinheit 3 ist dabei an die Rückseite des Oberflächenbauteils 2 angeklebt und weist einen so genannten Tail auf, d. h. ein über die kapazitive Sensoreinheit 3 randseitig überstehendes elektrisches Verbindungsteil. Dieser Tail wird mit der Leiterplatte 4, auf welcher ein korrespondierender Steckverbinder angeordnet ist, kontaktiert. Der Tail dient des Weiteren auch einem Ausgleich für eine vorgesehene laterale Bewegung des Oberflächenbauteils 2 gegenüber der Leiterplatte 4, um beispielsweise eine Schalthaptik zu simulieren.
Diese Tails können sich jedoch störend auswirken, insbesondere während einer Herstellung des Oberflächenbauteils 2. Beispielsweise sind daher, bedingt durch diese Tails, bevorzugte Herstellungsverfahren, zum Beispiel Spritzgießen zur Herstellung des Oberflächenbauteils 2, nicht durchführbar, so dass die Herstellung auf das oben beschriebene rückseitige Ankleben der kapazitiven Sensoreinheit 3 an das Oberflächenbauteil 2 beschränkt ist.
Die im Folgenden anhand der 1 bis 8 beschriebene Lösung ermöglicht eine tailfreie elektrische Verbindung der kapazitiven Sensoreinheit 3 mit der Leiterplatte 4, wodurch diese durch den Tail verursachten Probleme vermieden werden und dadurch vielfältigere Herstellungsmöglichkeiten für das Oberflächenbauteil 2 und daraus resultierend auch für die Bedieneinheit 1 ermöglicht werden.
Bei der hier beschriebenen Lösung weist die kapazitive Sensoreinheit 3, welche insbesondere als eine Folie ausgebildet ist, mindestens einen elektrischen Kontaktbereich 5 auf, vorteilhafterweise mehrere solche elektrische Kontaktbereiche 5, wie insbesondere in den 5 und 6 gezeigt. Der jeweilige elektrische Kontaktbereich 5 ist dabei direkt auf der als Folie ausgebildeten kapazitiven Sensoreinheit 3 angeordnet, d. h. direkt auf einer jeweiligen Flächenseite der Folie. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nur auf einer Flächenseite dieser Folie, wie in den 1, 3, 4 und 6 gezeigt, oder auf beiden Flächenseiten, wie in 5 gezeigt, jeweils ein oder mehrere elektrische Kontaktbereiche 5 angeordnet sind.
Randseitig überstehende Tails werden somit vermieden. Dadurch wird es beispielsweise ermöglicht, diese kapazitive Sensoreinheit 3 an der Rückseite des Oberflächenbauteils 2 anzukleben, wie oben bereits beschrieben. Das Oberflächenbauteil 2 kann dabei aus den oben bereits erwähnten Materialien ausgebildet sein. Alternativ wird es durch diese Tailfreiheit nun jedoch beispielweise auch ermöglicht, diese insbesondere als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit 3 in einen Materialverbund des Oberflächenbauteils 2 zu integrieren, wie in den 1 und 3 gezeigt.
Zur elektrischen Kontaktierung des jeweiligen elektrischen Kontaktbereichs 5 der kapazitiven Sensoreinheit 3 weist die Leiterplatte 4 korrespondierend dazu mindestens ein elektrisches Kontaktelement 6 auf, zweckmäßigerweise mehrere elektrische Kontaktelemente 6, korrespondierend zur Anzahl der elektrischen Kontaktbereiche 5. Der jeweilige elektrische Kontaktbereich 5 der kapazitiven Sensoreinheit 3 ist dabei im montierten Zustand der Bedieneinheit 1 mit dem jeweiligen korrespondierenden elektrischen Kontaktelement 6 der Leiterplatte 4 elektrisch leitfähig kontaktiert, wie in den 5, 7 und 8 gezeigt.
Um diese elektrische Kontaktierung bei Verwendung der tailfreien kapazitiven Sensoreinheit 3 zu ermöglichen, ist das jeweilige elektrische Kontaktelement 6 der Leiterplatte 4, wie in den 1 und 2 sowie 5 bis 8 gezeigt, als ein Federarm ausgebildet, welcher mit einem Endbereich 6.1 elektrisch leitfähig an der Leiterplatte 4 befestigt ist und mit einem von der Leiterplatte 4 beabstandeten freien Endbereich 6.2 am korrespondierenden jeweiligen elektrischen Kontaktbereich 5 der kapazitiven Sensoreinheit 3 elektrisch leitfähig anliegt. Zweckmäßigerweise ist dieses jeweilige als Federarm ausgebildete elektrische Kontaktelement 6 der Leiterplatte 4 senkrecht zur Leiterplatte 4 ausgerichtet, insbesondere senkrecht abstehend von einer dem Oberflächenbauteil 2 und somit der kapazitiven Sensoreinheit 3 zugewandten Flachseite der Leiterplatte 4, d. h. ausgehend von der Leiterplatte 4, insbesondere von der dem Oberflächenbauteil 2 und somit der kapazitiven Sensoreinheit 3 zugewandten Flachseite der Leiterplatte 4 in Richtung der kapazitiven Sensoreinheit 3 ausgerichtet.
Beispielsweise ist das jeweilige als Federarm ausgebildete elektrische Kontaktelement 6, genauer gesagt dessen an der Leiterplatte 4 befestigter Endbereich 6.1, mit der Leiterplatte 4 verlötet, wie in 1 anhand einer Lötstelle 7 gezeigt, und beispielsweise auch in den 7 und 8 entsprechend anhand der Lötstelle 7 gezeigt, oder in eine Bohrung 8 der Leiterplatte 4 eingepresst, wie in 2 gezeigt. Auch eine Kombination dieser beiden Verbindungsvarianten ist möglich.
Das jeweilige elektrische Kontaktelement 6 der Leiterplatte 4 ist somit elastisch, insbesondere biegsam, ausgebildet oder federnd gelagert, und liegt mit dem freien Endbereich 6.2 insbesondere vorgespannt am mindestens einen elektrischen Kontaktbereich 5 der kapazitiven Sensoreinheit 3 an, so dass eine gute und sichere elektrisch leitfähige Kontaktierung erreicht ist. Das jeweilige elektrische Kontaktelement 6 der Leiterplatte 4 ist dabei insbesondere als eine Biegefeder ausgebildet, insbesondere als eine Blattfeder, beispielsweise in Form eines Kontaktstifts. Um einen möglichst großen Anpressdruck und eine vorgegebene Kontaktfläche sicherzustellen, ist der freie Endbereich 6.2 vorteilhafterweise in Richtung des elektrischen Kontaktbereichs 5 der kapazitiven Sensoreinheit 3 vorgewölbt ausgebildet und liegt somit mit dieser Vorwölbung am korrespondierenden elektrischen Kontaktbereich 5 der kapazitiven Sensoreinheit 3 an.
Die als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit 3 weist vorteilhafterweise auf mindestens einer Flächenseite oder auf beiden Flächenseiten eine funktionale Bedruckung 9 auf, wie in den 1 und 3 bis 5 gezeigt. Zusätzlich kann auf mindestens einer Flächenseite oder auf beiden Flächenseiten dieser Folie eine dekorative Bedruckung 10 vorgesehen sein, wie in den 1, 4 und 5 gezeigt.
Durch die funktionale Bedruckung 9 sind insbesondere Leiterbahnen und/oder mindestens ein kapazitiver Sensor und/oder andere elektrische Funktionselemente ausgebildet. Die dekorative Bedruckung 10 kann beispielsweise eine Beschriftung und/oder Symbolik umfassen, insbesondere zur Kennzeichnung einer Funktion der Bedieneinheit 1. Sind die funktionale Bedruckung 9 und die dekorative Bedruckung 10 auf derselben Flächenseite und im selben Bereich angeordnet, dann ist zweckmäßigerweise die dekorative Bedruckung 10 auf der funktionalen Bedruckung 9 angeordnet, d. h. es ist zunächst die funktionale Bedruckung 9 auf die Folie aufgebracht worden und darauf dann die dekorative Bedruckung 10. Sind die funktionale Bedruckung 9 und die dekorative Bedruckung 10 auf derselben Flächenseite angeordnet und ist auch der elektrische Kontaktbereich 5 auf dieser Flächenseite vorgesehen, dann ist zweckmäßigerweise der elektrische Kontaktbereich 5 von der dekorativen Bedruckung 10 freigestellt, wie in den 1 und 5 gezeigt.
Weist die als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit 3 auf beiden Flächenseiten jeweils eine funktionale Bedruckung 9 auf, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die beiden funktionalen Bedruckungen 9 mittels einer Durchkontaktierung 11 durch die Folie hindurch miteinander elektrisch leitfähig verbunden sind, wie in 5 gezeigt. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise eine jeweilige Durchkontaktierung 11 durch die Folie hindurch vorgesehen sein, um einen jeweiligen elektrischen Kontaktbereich 5, welcher auf der einen Flächenseite der Folie angeordnet ist, mit der auf der anderen Flächenseite der Folie angeordneten funktionalen Bedruckung 9 elektrisch leitfähig zu verbinden, wie in 6 gezeigt.
Wie oben bereits erwähnt, ist die als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit 3 in den Beispielen gemäß den 1 bis 6 in einen Materialverbund des Oberflächenbauteils 2 integriert, wie in den 1 und 3 gezeigt, bzw. hierfür vorgesehen. Dies ermöglicht eine vollintegrierte Lösung für das Oberflächenbauteil 2 der Bedieneinheit 1.
In den dargestellten Beispielen gemäß den 1 bis 6 besteht das Oberflächenbauteil 2 aus einer vorderseitigen Kunststoffschicht 12, der als Folie ausgebildeten kapazitiven Sensoreinheit 3, zweckmäßigerweise mit der funktionalen Bedruckung 9 und vorteilhafterweise zusätzlich mit der dekorativen Bedruckung 10, wobei die jeweilige Bedruckung 9, 10 in einem Vorprozess auf die Folie aufgebracht wurde, und einer rückseitigen Kunststoffschicht 13. Die vorderseitige Kunststoffschicht 12 ist somit auf einer von der Leiterplatte 4 abgewandten Vorderseite der als Folie ausgebildeten kapazitiven Sensoreinheit 3 angeordnet. Sie ist beispielsweise aus Polyurethan ausgebildet. Die rückseitige Kunststoffschicht 13 ist auf einer der Leiterplatte 4 zugewandten Rückseite der als Folie ausgebildeten kapazitiven Sensoreinheit 3 angeordnet. Die jeweilige Kunststoffschicht 12, 13 kann beispielsweise in einem Gussprozess, insbesondere in einem Spritzgussprozess, auf die als Folie ausgebildete kapazitive Sensoreinheit 3 aufgebracht werden, beispielsweise in einem gemeinsamen Gussprozess, insbesondere in einem Zweikomponentenspritzgussprozess.
Die jeweilige Kunststoffschicht 12, 13 kann beispielsweise, alternativ oder zusätzlich zu einer Abdeck- und/oder Schutzfunktion, beispielsweise auch einer Abstützung der als Folie ausgebildeten kapazitiven Sensoreinheit 3 dienen, insbesondere zur Abstützung des jeweiligen elektrischen Kontaktbereichs 5 gegen ein Nachgeben aufgrund des vorgespannten Anpressens des jeweiligen korrespondierenden elektrischen Kontaktelements 6 an den jeweiligen elektrischen Kontaktbereich 5. Sie ist daher vorteilhafterweise auch am Folienabschnitt, in welchem der jeweilige elektrische Kontaktbereich 5 positioniert ist, auf der vom elektrischen Kontaktbereich 5 jeweils abgewandten Flächenseite der Folie angeordnet. Im Gegensatz dazu ist der jeweilige elektrische Kontaktbereich 5 von der jeweiligen Kunststoffschicht 12, 13 freigestellt, um die elektrisch leitfähige Kontaktierung des jeweils korrespondierenden elektrischen Kontaktelements 6 mit dem jeweiligen elektrischen Kontaktbereich 5 zu ermöglichen.
Sind im selben Abschnitt der Folie auf beiden Flächenseiten elektrische Kontaktbereiche 5 vorgesehen, wie in 5 gezeigt, dann ist in diesem Abschnitt weder die vorderseitige Kunststoffschicht 12 noch die rückseitige Kunststoffschicht 13 angeordnet, d. h. auch hier sind alle elektrischen Kontaktbereiche 5 von der jeweiligen Kunststoffschicht 12, 13 freigestellt. Die Abstützung der als Folie ausgebildeten kapazitiven Sensoreinheit 3 gegen den Anpressdruck des jeweiligen vorgespannten elektrischen Kontaktelements 6 kann dann beispielsweise durch eine entsprechend stabile Ausbildung der Folie oder durch andere Maßnahmen realisiert sein. Im Beispiel gemäß 5 erfolgt diese Abstützung der Folie beispielsweise durch den beidseitig und gegeneinander wirkenden Anpressdruck der beidseits der Folie angepressten elektrischen Kontaktelemente 6.
Das fertiggestellte Oberflächenbauteil 2 kann dann mit der Leiterplatte 4 verbunden werden. Durch dieses Verbinden, d. h. das Zusammensetzen von Oberflächenbauteil 2 und Leiterplatte 4, wird automatisch das jeweilige elektrische Kontaktelement 6 der Leiterplatte 4 mit dem jeweiligen elektrischen Kontaktbereich 5 der kapazitiven Sensoreinheit 3 elektrisch leitfähig kontaktiert, da sie korrespondierend zueinander positioniert sind, d. h. derart, dass bei korrekter Verbindung des Oberflächenbauteils 2 mit der Leiterplatte 4 das jeweilige elektrische Kontaktelement 6, insbesondere dessen freier Endbereich 6.2, am jeweiligen korrespondierenden elektrischen Kontaktbereich 5 anliegt, insbesondere vorgespannt anliegt.
Auf der Leiterplatte 4 ist beispielsweise mindestens eine Lichtquelle 14, beispielsweise eine LED (Licht emittierende Diode) angeordnet, oder sind beispielsweise mehrere solche Lichtquellen 14 angeordnet, wie in 1 und in den 7 und 8 gezeigt, beispielsweise zur Realisierung eines Ambientelichts und/oder zur Beleuchtung der insbesondere durch die dekorative Bedruckung 10 erzeugte Beschriftung und/oder Symbolik. Die jeweilige Lichtquelle 14 ist dabei insbesondere auf einer dem Oberflächenbauteil 2 zugewandten Flachseite der Leiterplatte 4 angeordnet. Die Leiterplatte 4 weist zweckmäßigerweise, alternativ oder zusätzlich zur Lichtquelle 14 oder zu den mehreren Lichtquellen 14, elektrische und/oder elektronische Komponenten auf, insbesondere zur Realisierung der Bedienfunktion, insbesondere der Eingabe- und/oder Schaltfunktion.
Die 7 und 8 zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Bedieneinheit 1. Hier ist auf der von der Leiterplatte 4 abgewandten Vorderseite der kapazitiven Sensoreinheit 3 die vorderseitige Kunststoffschicht 12, beispielsweise aus Polycarbonat, angeordnet. Des Weiteren ist eine Gehäuseschicht 15, beispielsweise ebenfalls aus Kunststoff vorgesehen, welche bereichsweise auf einer von der kapazitiven Sensoreinheit 3 abgewandten Vorderseite dieser vorderseitigen Kunststoffschicht 12, bereichsweise auf einer Rückseite dieser vorderseitigen Kunststoffschicht 12 und bereichsweise auf der der Leiterplatte 4 zugewandten Rückseite der kapazitiven Sensoreinheit 3 angeordnet ist, wobei die elektrischen Kontaktbereiche 5 der kapazitiven Sensoreinheit 3 von dieser Gehäuseschicht 15 freigestellt sind.
In einem nicht von der Gehäuseschicht 15 bedeckten Abschnitt der Vorderseite der vorderseitigen Kunststoffschicht 12 ist ein Siebdruck 16 aufgebracht, beispielsweise als dekorative Bedruckung. Oberflächenseitig ist dann in diesem nicht von der Gehäuseschicht 15 bedeckten Abschnitt der Vorderseite der vorderseitigen Kunststoffschicht 12 eine weitere vorderseitige Kunststoffschicht 17, insbesondere aus Polyurethan, als Oberflächenschicht des Oberflächenbauteils 2 angeordnet.
Dieser Schichtaufbau kann zum Beispiel ganz oder teilweise auf die oben bereits beschriebene Weise durch Gießen, insbesondere Spritzgießen, oder auf andere Weise erfolgen, beispielsweise durch Laminieren. Beispielsweise kann zunächst die vorderseitige Kunststoffschicht 12 aus Polycarbonat auf die kapazitive Sensoreinheit 3 aufgebracht werden, beispielsweise durch Gießen, insbesondere Spritzgießen, oder Laminieren oder Verkleben, und danach der Siebdruck 16 erzeugt werden, oder die bereits siebgedruckte vorderseitige Kunststoffschicht 12 wird mit der kapazitiven Sensoreinheit 3 verbunden, beispielsweise durch Laminieren oder Verkleben. Anschließend können dann beispielsweise die Gehäuseschicht 15 und die insbesondere aus Polyurethan ausgebildete weitere vorderseitige Kunststoffschicht 17 erzeugt werden, beispielsweise durch Gießen, insbesondere durch Spritzgießen. Es sind jedoch auch andere Herstellungsweisen und Herstellungsabläufe möglich.
Das fertiggestellte Oberflächenbauteil 2 wird dann mit der Leiterplatte 4 verbunden, im dargestellten Beispiel mittels mindestens eines Schraubelements 18. In der Realisierung dieser Verbindung unterscheiden sich die beiden Ausführungsformen gemäß 7 und 8. Bei der Ausführungsform gemäß 7 ist das Oberflächenbauteil 2 mit der Leiterplatte 4 fest und unbeweglich verschraubt.
Bei der Ausführungsform gemäß 8 ist eine haptisch wahrnehmbare Betätigung der Bedieneinheit 1 vorgesehen. Hierzu ist das Schraubelement 18, mittels welcher die Leiterplatte 4 mit dem Oberflächenbauteil 2 verschraubt ist, in Axialrichtung verschiebbar in einer durch die Leiterplatte 4 hindurch verlaufenden Durchbruchhülse 19 geführt, und eine Länge eines Schraubenschafts 20 des Schraubelements 18 ist größer als eine Dicke der Leiterplatte 4 zuzüglich einer Länge eines in das Oberflächenbauteil 2 eingeschraubten Endabschnitts des Schraubenschafts 20. Dadurch wird eine von der Leiterplatte 4 abgehobene und beabstandete Anordnung des Oberflächenbauteils 2 ermöglicht.
In einem dadurch ausgebildeten Zwischenraum zwischen der Leiterplatte 4 und einem jeweiligen Anlagebereich des Oberflächenbauteils 2 ist mindestens ein Federelement 21 angeordnet, wodurch das Oberflächenbauteil 2 in einer Grundstellung vorgespannt beabstandet an der Leiterplatte 4 gehalten ist. Im dargestellten Beispiel gemäß 8 sind mehrere solche Federelemente 21 vorgesehen, welche beispielsweise jeweils als eine Schnappscheibe ausgebildet sind.
Durch eine manuelle Betätigung der Bedieneinheit 1, d. h. durch ein Aufpressen auf das Oberflächenbauteil 2 in Richtung der Leiterplatte 4, wird das Oberflächenbauteil 2 somit entgegen der Federkraft des mindestens einen Federelementes 21 oder der mehreren Federelemente 21 in Richtung der Leiterplatte 4 verschoben, wodurch ein haptisch wahrnehmbares Betätigungsgefühl erzeugt wird. Nach Loslassen des Oberflächenbauteils 2 wird dieses aufgrund der Federkraft des mindestens einen Federelementes 21 oder der mehreren Federelemente 21 in die von der Leiterplatte 4 abgehobene Grundstellung zurückbewegt.
Bei dieser Ausführungsform wirkt somit der jeweilige elektrische Kontaktbereich 5 der kapazitiven Sensoreinheit 3 und das jeweilige korrespondierende elektrische Kontaktelement 6 der Leiterplatte 4 als Schleifkontakt, wodurch in jeder durch diese Bewegung des Oberflächenbauteils 2 relativ zur Leiterplatte 4 möglichen Position die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem jeweiligen elektrischen Kontaktbereich 5 und dem jeweiligen korrespondierenden elektrischen Kontaktelement 6 sichergestellt ist. Hierfür sind der jeweilige elektrische Kontaktbereich 5 und das jeweilige korrespondierende elektrische Kontaktelement 6 entsprechend ausgebildet. D. h. das jeweilige elektrische Kontaktelement 6 ist insbesondere lang genug ausgebildet, um auch in der von der Leiterplatte 4 beabstandeten Grundstellung des Oberflächenbauteils 2 den Abstand zwischen der Leiterplatte 4 und dem jeweiligen korrespondierenden elektrischen Kontaktbereich 5 zu überbrücken und auch dann den jeweiligen korrespondierenden elektrischen Kontaktbereich 5 elektrisch leitfähig zu kontaktieren, und der jeweilige elektrische Kontaktbereich 5 ist entsprechend lang ausgebildet, damit das jeweilige korrespondierende elektrische Kontaktelement 6 auch in der an die Leiterplatte 4 angepressten Stellung des Oberflächenbauteils 2 noch am jeweiligen elektrischen Kontaktbereich 5 elektrisch leitfähig anliegt.
Die Bewegung des Oberflächenbauteils 2 relativ zur Leiterplatte 4 wird insbesondere durch die beschriebene elektrisch leitfähige Verbindung des jeweiligen elektrischen Kontaktelements 6 mit dem jeweiligen elektrischen Kontaktbereich 5 ermöglicht, welche nicht als eine feste Verbindung, sondern nur durch das Anpressen des jeweiligen elektrischen Kontaktelements 6 an den jeweiligen korrespondierenden elektrischen Kontaktbereich 5 realisiert ist.
Die Leiterplatte 4 weist in den Ausführungsformen gemäß den 7 und 8 ebenfalls mindestens eine Lichtquelle 14 auf, welche insbesondere als eine LED ausgebildet ist. Zudem ist hier auch ein beispielsweise als Stecker oder Buchse ausgebildeter Anschlusskontakt 22 an der Leiterplatte 4 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Bedieneinheit
2: Oberflächenbauteil
3: Sensoreinheit
4: Leiterplatte
5: Kontaktbereich
6: Kontaktelement
6.1: fester Endbereich
6.2: freier Endbereich
7: Lötstelle
8: Bohrung
9: funktionale Bedruckung
10: dekorative Bedruckung
11: Durchkontaktierung
12: vorderseitige Kunststoffschicht
13: rückseitige Kunststoffschicht
14: Lichtquelle
15: Gehäuseschicht
16: Siebdruck
17: weitere vorderseitige Kunststoffschicht
18: Schraubelement
19: Durchbruchhülse
20: Schraubenschaft
21: Federelement
22: Anschlusskontakt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011118347 A1 [0002]
DE 102011081604 A1 [0003]
DE 102016123411 A1 [0004]
DE 102009011709 A1 [0005]

Claims

Bedieneinheit (1), umfassend ein Oberflächenbauteil (2) mit einer kapazitiven Sensoreinheit (3) und eine Leiterplatte (4), wobei die kapazitive Sensoreinheit (3) mindestens einen elektrischen Kontaktbereich (5) aufweist und die Leiterplatte (4) mindestens ein elektrisches Kontaktelement (6) aufweist, und wobei der mindestens eine elektrische Kontaktbereich (5) der kapazitiven Sensoreinheit (3) mit dem mindestens einen elektrischen Kontaktelement (6) der Leiterplatte (4) elektrisch leitfähig kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Kontaktelement (6) der Leiterplatte (4) als ein Federarm ausgebildet ist, welcher mit einem Endbereich (6.1) elektrisch leitfähig an der Leiterplatte (4) befestigt ist und mit einem von der Leiterplatte (4) beabstandeten freien Endbereich (6.2) am mindestens einen elektrischen Kontaktbereich (5) der kapazitiven Sensoreinheit (3) elektrisch leitfähig anliegt.
Bedieneinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Federarm ausgebildete mindestens eine elektrische Kontaktelement (6) der Leiterplatte (4) senkrecht zur Leiterplatte (4) ausgerichtet ist.
Bedieneinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Federarm ausgebildete mindestens eine elektrische Kontaktelement (6) mit der Leiterplatte (4) verlötet und/oder in eine Bohrung (8) der Leiterplatte (4) eingepresst ist.
Bedieneinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Sensoreinheit (3) als eine Folie ausgebildet ist.
Bedieneinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie auf mindestens einer Flächenseite eine funktionale Bedruckung (9) und/oder auf mindestens einer Flächenseite eine dekorative Bedruckung (10) aufweist.
Bedieneinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontaktbereich (5) von der dekorativen Bedruckung (10) freigestellt ist.
Bedieneinheit (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie auf beiden Flächenseiten jeweils eine funktionale Bedruckung (9) aufweist, wobei die beiden funktionalen Bedruckungen (9) mittels einer Durchkontaktierung (11) durch die Folie hindurch miteinander elektrisch leitfähig verbunden sind.
Bedieneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie auf mindestens einer Flächenseite ein E-paper aufweist, das mittels Elektrophorese eine Symbolik und/oder dekorative Designs darstellen kann.
Bedieneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie auf einer der Leiterplatte (4) zugewandten Flächenseite einen transparenten OLCD-Druck aufweist.
Bedieneinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer von der Leiterplatte (4) abgewandten Vorderseite der kapazitiven Sensoreinheit (3) mindestens eine vorderseitige Kunststoffschicht (12) angeordnet ist.
Bedieneinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Leiterplatte (4) zugewandten Rückseite der kapazitiven Sensoreinheit (3) mindestens eine rückseitige Kunststoffschicht (13) angeordnet ist.
Bedieneinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (4) mindestens eine Lichtquelle (14) angeordnet ist.