DE102022115049A1 - Capacitive control unit that can be operated in rotation with defined switching points - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine kapazitive Bedieneinheit (1) mit einer geschlossenen, in einer Ebene verlaufenden Trennwand (10) und zumindest einem kapazitiven Sensor (11), wobei die Trennwand (10) eine Rückseite und eine Sichtseite aufweist, wobei an der Sichtseite der Trennwand (10) ein feststehendes und eine Rotationsachse (X) bestimmendes Mittelelement (20) und ein relativ zu dem Mittelelement (20) um die Rotationsachse (X) sowie parallel der Ebene bewegliches Bedienelement (30) angeordnet ist, wobei das Mittelelement (20) und das Bedienelement (30) entlang einer in Umfangsrichtung (U) um die Rotationsachse (X) verlaufenden Bewegungsbahn (B) zwei gemeinsame Kontaktpunkte (A1, A2) aufweisen und ausgebildet sind, bei einem durch eine zu der Ebene parallelen Bewegung des Bedienelements (30) um die Rotationsachse (X) hergestellten elektrischen Kontakt an dem jeweiligen Kontaktpunkt (A1, A2) eine lokale Änderung eines elektrischen Feldes zu bewirken, wobei der zumindest eine kapazitive Sensor (11) an der Rückseite der Trennwand (10) angeordnet und ausgebildet ist, die jeweilige lokale Änderung des elektrischen Feldes zu erfassen sowie der jeweiligen lokalen Änderung eine jeweilige Position auf der Sichtseite der Trennwand (10) zuzuordnen.The invention relates to a capacitive operating unit (1) with a closed partition (10) running in one plane and at least one capacitive sensor (11), the partition (10) having a back and a visible side, with on the visible side of the partition ( 10) a fixed central element (20) which determines an axis of rotation (X) and a control element (30) which is movable relative to the central element (20) around the axis of rotation (X) and parallel to the plane, the central element (20) and the Control element (30) has two common contact points (A1, A2) along a movement path (B) running in the circumferential direction (U) around the axis of rotation (X) and is designed by a movement of the control element (30) parallel to the plane The rotation axis (X) produces an electrical contact at the respective contact point (A1, A2) to bring about a local change in an electrical field, the at least one capacitive sensor (11) being arranged and formed on the back of the partition (10), the respective one to detect local changes in the electric field and to assign a respective position on the visible side of the partition (10) to the respective local change.
Description
Die Erfindung betrifft eine rotatorisch bedienbare kapazitive Bedieneinheit, bei welcher ein Bedienelement durch eine rotatorische Bewegung relativ zu einem feststehenden und eine Rotationsachse definierenden Mittelelement bewegbar und an vorbestimmten Kontaktpunkten mit diesem in elektrischen Kontakt bringbar ist, wobei der Kontakt eine lokale Änderung eines elektrischen Feldes hervorruft, welche von einem räumlich und durch eine geschlossene Trennwand getrennten kapazitiven Sensor zum Auslösen einer zugeordneten Funktion detektierbar ist.The invention relates to a rotationally operable capacitive operating unit, in which an operating element can be moved by a rotational movement relative to a fixed central element defining an axis of rotation and can be brought into electrical contact with it at predetermined contact points, the contact causing a local change in an electrical field, which can be detected by a capacitive sensor that is spatially separated and separated by a closed partition to trigger an assigned function.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Bedieneinheiten bekannt, welche jedoch nur für spezielle Anwendungsfälle geeignet sind oder verschiedene Nachteile aufweisen.A large number of control units are known from the prior art, but they are only suitable for special applications or have various disadvantages.
Mechanische Schalter und beispielsweise Tasten, wie sie aus der
Kapazitive Touchscreens erlauben zwar grundsätzlich eine rotatorische Betätigung, ermöglichen jedoch oftmals kein unmittelbares haptisches Feedback oder benötigen zur präzisen Steuerung meist unmittelbar Sichtkontakt.Although capacitive touchscreens generally allow rotational operation, they often do not provide immediate haptic feedback or usually require direct visual contact for precise control.
Andere kapazitive Schalter, wie sie beispielsweise bei einer Tastatur verwendet werden und wie sie aus der
Auch die Bedieneinheit gemäß dem Dokument
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Bedieneinheit bereitzustellen, welche einerseits eine räumliche Trennung von Bedienelement und einer die Bedienung erkennenden Einheit ermöglicht und andererseits insbesondere in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse, um welche das Bedienelement rotatorische bedienbar ist, definierte Schaltpunkte bereitstellt.The invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and of providing an operating unit which, on the one hand, enables a spatial separation of the operating element and a unit that recognizes the operation and, on the other hand, defines, in particular, in the circumferential direction around an axis of rotation about which the operating element can be operated in a rotational manner Provides switching points.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This task is achieved by the combination of features according to
Erfindungsgemäß wird daher eine kapazitive Bedieneinheit mit einer geschlossenen, in einer Ebene verlaufenden Trennwand und zumindest einem kapazitiven Sensor vorgeschlagen. Die Trennwand weist eine Rückseite und eine Sichtseite auf, welche insbesondere dadurch bestimmt ist, dass sie im bestimmungsgemäßen Gebrauch einem Bediener zugänglich ist, wohingegen die Rückseite dem Bediener vorzugsweise nicht zugänglich oder von diesem abgewandt ist. An der Sichtseite der Trennwand ist ein bezüglich der Trennwand feststehendes und eine Rotationsachse bestimmendes Mittelelement und ein relativ zu dem Mittelelement um die Rotationsachse sowie parallel der Ebene und insbesondere ausschließlich parallel der Ebene bewegliches Bedienelement angeordnet. Dabei kann das Mittelelement integral bzw. einstückig mit der Trennwand ausgebildet oder an dieser fixiert sein. Ist das Mittelelement gesondert zur Trennwand vorgesehen, kann das Mittelelement einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Teile bei einer mehrteiligen Ausbildung voneinander beabstandet und mittelbar über die Trennwand verbunden sein können. Das Mittelelement und das Bedienelement weisen entlang einer in Umfangsrichtung um die Rotationsachse verlaufenden Bewegungsbahn zwei gemeinsame Kontaktpunkte auf und sind ausgebildet, bei einem durch eine zu der Ebene parallelen Bewegung des Bedienelements um die Rotationsachse hergestellten elektrischen Kontakt an dem jeweiligen Kontaktpunkt eine lokale Änderung eines elektrischen Feldes zu bewirken. Dabei kann jeweils ein Kontaktpunkt als ein definierter Schaltpunkt verstanden werden. Der zumindest eine kapazitive Sensor ist zudem an der Rückseite der Trennwand angeordnet und ist ausgebildet, die jeweilige lokale Änderung des elektrischen Feldes zu erfassen sowie der jeweiligen lokalen Änderung eine jeweilige Position auf der Sichtseite der Trennwand zuzuordnen. Durch die geschlossene Trennwand wird eine vollständige räumliche Trennung zwischen dem rückseitig angeordneten Sensor und dem sichtseitig angeordneten Bedienelement ermöglicht, wobei das Bedienelement haptisch erfassbar und betätigbar ist. Dabei ist das Bedienelement mechanisch auf die definierten Schaltpunkte bewegbar, an welchen zugleich Anschläge und/oder Rastpunkte zur Begrenzung der Bewegung des Bedienelements vorgesehen sein können.According to the invention, a capacitive operating unit with a closed partition wall running in one plane and at least one capacitive sensor is therefore proposed. The partition has a back and a visible side, which is determined in particular by the fact that it is accessible to an operator when used as intended, whereas the back is preferably not accessible to the operator or is facing away from the operator. On the visible side of the partition there is a central element that is fixed with respect to the partition and determines an axis of rotation and an operating element that is movable relative to the central element about the axis of rotation and parallel to the plane and in particular exclusively parallel to the plane. The middle element can be formed integrally or in one piece with the partition or fixed to it. If the middle element is provided separately from the partition, the middle element can be designed in one piece or in several parts, whereby the individual parts can be spaced apart from one another in a multi-part design and connected indirectly via the partition. The center element and the control element have two common contact points along a movement path running in the circumferential direction around the axis of rotation and are designed to produce a local change in an electric field at the respective contact point in the event of an electrical contact made by a movement of the control element parallel to the plane around the axis of rotation to effect. One contact point can be understood as a defined switching point. The at least one capacitive sensor is also arranged on the back of the partition and is designed to detect the respective local change in the electric field and to assign a respective position on the visible side of the partition to the respective local change. The closed partition wall enables a complete spatial separation between the sensor arranged on the rear and the control element arranged on the visible side, with the control element being haptically detectable and actuable. The control element can be moved mechanically to the defined switching points, at which stops and/or locking points can be provided to limit the movement of the control element.
Eine vorteilhafte Variante der Bedieneinheit sieht vor, dass das Bedienelement zwei auf der Bewegungsbahn angeordnete und jeweils einem Kontaktpunkt zugeordnete Kontaktabschnitte zur Herstellung des elektrischen Kontakts an dem jeweiligen Kontaktpunkt aufweist, welche elektrisch leitfähig sind oder leitende Elemente aufweisen. Die Kontaktabschnitte des Bedienelements können zudem integral miteinander als ein durchgehender leitender Abschnitt ausgebildet sein.An advantageous variant of the operating unit provides that the operating element has two contact sections arranged on the movement path and each assigned to a contact point Establishing the electrical contact at the respective contact point, which are electrically conductive or have conductive elements. The contact sections of the operating element can also be formed integrally with one another as a continuous conductive section.
Ferner kann das Mittelelement an den Kontaktpunkten jeweils einen Kontaktabschnitt zur Herstellung des elektrischen Kontakts an dem jeweiligen Kontaktpunkt aufweisen, welcher elektrisch leitfähig ist oder jeweils dem Bedienelement zugwandte leitende Elemente aufweist.Furthermore, the middle element can each have a contact section at the contact points for producing the electrical contact at the respective contact point, which is electrically conductive or has conductive elements facing the control element.
Die Kontaktabschnitte des Bedienelements oder die Kontaktabschnitte des Mittelelements können als eine Kontaktpille oder eine Schnappscheibe ausgebildet sein. Alternativ können die Kontaktabschnitte des Bedienelements oder die Kontaktabschnitte des Mittelelements eine Kontaktpille oder eine Schnappscheibe aufweisen. Weiter alternativ kann zwischen jeweils einem Kontaktabschnitt des Bedienelements und einem zugeordneten Kontaktabschnitt des Mittelelements, mit welchen der jeweilige Kontakt herstellbar ist, jeweils eine Kontaktpille oder eine Schnappscheibe angeordnet sein, um dadurch einen flächigen und gleichmäßigen Kontakt sowie gegebenenfalls ein haptisch erfassbares Schalten bereitstellen zu können.The contact sections of the control element or the contact sections of the middle element can be designed as a contact pill or a snap disk. Alternatively, the contact sections of the control element or the contact sections of the center element can have a contact pill or a snap disk. Further alternatively, a contact pill or a snap disk can be arranged between each contact section of the operating element and an associated contact section of the central element, with which the respective contact can be produced, in order to be able to provide a flat and uniform contact and, if necessary, haptically detectable switching.
Das Bedienelement kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung an dem Mittelelement durch ein elastisches Element entlang der Bewegungsbahn beweglich gehalten sein, welches insbesondere eine Drehfeder ist. Weiter kann vorgesehen sein, dass das Bedienelement ausschließlich durch das elastische Element an dem Mittelelement gehalten und mittelbar über das Mittelelement an der Trennwand fixiert ist.According to an advantageous development, the operating element can be held movably along the movement path on the central element by an elastic element, which is in particular a torsion spring. Furthermore, it can be provided that the operating element is held on the central element exclusively by the elastic element and is fixed indirectly to the partition wall via the central element.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Bedieneinheit sieht vor, dass das Bedienelement von dem elastischen Element in eine Grundstellung federrückgestellt ist. Vorzugsweise stellt das Bedienelement in der Grundstellung keinen Kontakt an einem der Kontaktpunkte her, wobei alternativ auch vorgesehen sein kann, dass die Grundstellung an einem Kontaktpunkt liegt und in der Grundstellung entsprechend ein Kontakt hergestellt ist.An advantageous embodiment of the operating unit provides that the operating element is spring-returned to a basic position by the elastic element. Preferably, the operating element does not make contact at one of the contact points in the basic position, although alternatively it can also be provided that the basic position is at a contact point and contact is correspondingly made in the basic position.
Eine Variante sieht dabei jedoch vor, dass die Grundstellung entlang der Bewegungsbahn zwischen den Kontaktpunkten und insbesondere genau mittig zwischen den Kontaktpunkten angeordnet ist, sodass entsprechend gerade kein Kontakt an den beiden Kontaktpunkten hergestellt ist.However, one variant provides that the basic position is arranged along the movement path between the contact points and in particular exactly in the middle between the contact points, so that no contact is made at the two contact points.
Das Bedienelement kann gemäß einer Weiterbildung ein sich in Radialrichtung von der Rotationsachse weg erstreckender Bedienhebel sein.According to a further development, the operating element can be an operating lever that extends in the radial direction away from the axis of rotation.
Obwohl auch Lösungen mit je einem kapazitiven Sensor je Kontaktpunkt möglich sind, sieht eine vorteilhafte Variante vor, dass der kapazitive Sensor ein Flächensensor ist, welcher zumindest im Bereich der Kontaktpunkte an der Rückseite der Trennwand angeordnet ist, sodass der Kontakt in beiden Kontaktpunkten von dem Flächensensor erfassbar und eine Position der Änderung des elektrischen Feldes bestimmbar ist.Although solutions with one capacitive sensor per contact point are also possible, an advantageous variant provides that the capacitive sensor is a surface sensor, which is arranged at least in the area of the contact points on the back of the partition, so that the contact in both contact points is from the surface sensor can be detected and a position of the change in the electric field can be determined.
Die Kontaktpunkte bilden zudem vorzugsweise in Umfangsrichtung einen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Bedienelements entlang der Bewegungsbahn.The contact points also preferably form a stop in the circumferential direction to limit the movement of the control element along the movement path.
Weiter kann auch eine Verrastung des Bedienelements in einer bzw. beiden den Kontakt an dem Kontaktpunkt herstellenden Stellungen vorgesehen sein. Furthermore, the control element can also be locked in one or both positions that establish contact at the contact point.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Bedieneinheit eine mit dem kapazitiven Sensor verbundene Auswerteelektronik aufweist, welche ausgebildet ist, eine jeweilige der Position zugeordnete zu schaltende Funktion auszulösen. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Auswerteelektronik aus den von dem zumindest einen kapazitiven Sensor erfassten lokalen Änderungen des elektrischen Feldes an dem jeweiligen Kontaktpunkt und/oder aus den von dem zumindest einen kapazitiven Sensor bestimmten Positionen der Änderungen des elektrischen Feldes eine Richtung bestimmt, in welche das Bedienelement bewegt wurde. Ausgehend von der Richtung der Betätigung oder der Position der Änderung des elektrischen Feldes kann von der Auswerteelektronik eine jeweils zugeordnete Funktion ausgelöst werden.Furthermore, it can be provided that the operating unit has evaluation electronics connected to the capacitive sensor, which is designed to trigger a function to be switched that is assigned to the position. Additionally or alternatively, it can also be provided that the evaluation electronics determine a direction from the local changes in the electric field at the respective contact point detected by the at least one capacitive sensor and/or from the positions of the changes in the electric field determined by the at least one capacitive sensor into which the control element was moved. Based on the direction of actuation or the position of the change in the electric field, an assigned function can be triggered by the evaluation electronics.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.The features disclosed above can be combined in any way, as long as this is technically possible and they do not contradict each other.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine erste Variante einer Bedieneinheit in Grundstellung; -
2 die erste Variante der Bedieneinheit in einer betätigten Stellung.
-
1 a first variant of a control unit in the basic position; -
2 the first variant of the control unit in an actuated position.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.The figures are exemplary schematic. The same reference numbers in the figures indicate the same functional and/or structural features.
Die
Die kapazitive Bedieneinheit 1 ist in einer Draufsicht dargestellt, sodass die Ebene in welcher die Trennwand 10 verläuft der Darstellungsebene entspricht, wobei die Sichtseite der Trennwand 10 dem Betrachter zugewandt und die Rückseite der Trennwand 10 vom Betrachter abgewandt ist.The
Auf der Sichtseite der Trennwand 10 ist das an der Trennwand 10 fixierte Mittelelement 20 angeordnet, welches entsprechend bezüglich seiner Position zur Trennwand 10 festgelegt und unbeweglich ist. Weiter ist an der Sichtseite der Trennwand 10 das Bedienelement 30 angeordnet, welches über das als Drehfeder ausgebildete elastische Element 40 beweglich an dem Mittelelement 20 gehalten wird und dadurch entlang der Bewegungsbahn B in Umfangsrichtung U um die durch das Mittelelement 20 bestimmte Rotationsachse X und parallel der Ebene bzw. parallel der Trennwand 10 rotierbar ist.On the visible side of the
Das Mittelement 20 und das Bedienelement 30 weisen entlang der Bewegungsbahn B zwei gemeinsame Kontaktpunkte A1, A2 auf. In der in
In der in
Der elektrische Kontakt wird an dem ersten Kontaktpunkt A1 dabei durch den dem ersten Kontaktpunkt A1 zugewandten ersten Kontaktabschnitt 31 des Bedienelements 30 und dem zugehörigen ersten Kontaktabschnitt 21 des Mittelelements 20 hergestellt.The electrical contact is established at the first contact point A1 by the
Hierfür können die beiden Kontaktabschnitte 31, 32 des Bedienelements 30 integral miteinander ausgebildet sein.For this purpose, the two
Die Kontaktabschnitte 21, 22 des Mittelelements 20 können beispielsweise durch leitende Platten gebildet werden, welche an einem äußeren Ringelement 23 des Mittelelements 20 fixiert sind.The
Das äußere Ringelement 23 umgibt das als Drehfeder ausgebildete elastische Element 40 und das innere Zentralelement 24 des Mittelelements 20.The
Die Drehfeder bzw. das elastische Element 40 stützt sich an dem Zentralelement 24 und/oder dem Ringelement 23 ab und hält das Bedienelement 30 federrückgestellt in der in
Kommt es an dem ersten oder zweiten Kontaktpunkt A1, A2 zu dem elektrischen Kontakt, wird dadurch an dem jeweiligen Kontaktpunkt A1, A2 ein elektrisches Feld beeinflusst, wobei diesen jeweiligen lokalen Änderungen von dem verdeckt hinter der Trennwand 10 angeordneten kapazitiven Sensor 11 erfassbar sind.If electrical contact occurs at the first or second contact point A1, A2, an electric field is influenced at the respective contact point A1, A2, with these respective local changes being detectable by the
Entsprechend ist getrennt von der Sichtseite der Trennwand 10 und dem darauf angeordneten Mittelelement 20 und Bedienelement 30 an der Rückseite der Trennwand 10 der kapazitiver Sensor 11 vorgesehen, welcher in den Figuren entsprechend verdeckt und daher gestrichelt dargestellt ist. Der Sensor 11 ist als ein Flächensensor ausgebildet und deckt den Bereich an der Rückseite der Trennwand 10 ab, an welchem an der Sichtseite der Trennwand 10 die Kontaktpunkte A1, A2 liegen.Accordingly, separate from the visible side of the
Kommt es durch den elektrischen Kontakt an den Kontaktpunkten A1, A2 zu der jeweiligen lokalen Änderung des elektrischen Feldes, wird diese Änderung von dem kapazitiven Sensor 11 detektiert und die Position der Änderung erfasst, sodass bestimmbar ist, ob es an dem ersten Kontaktpunkt A1 oder dem zweiten Kontaktpunkt A2 zu dem elektrischen Kontakt gekommen ist. Entsprechend kann durch den Sensor 11 oder durch eine mit dem Sensor 11 verbundene, nicht dargestellte Auswerteelektronik eine dem jeweiligen Kontaktpunkt A1, A2 bzw. der zu dem jeweiligen Kontakt führenden Bewegung zugeordnete Funktion ausgelöst werden.If the respective local change in the electric field occurs as a result of the electrical contact at the contact points A1, A2, this change is detected by the
Bezogen auf die in den
Zur Änderung des elektrischen Feldes kann das Bedienelement 30 zumindest im Bereich der Kontaktabschnitte 31,32 aus einem leitenden Material gebildet sein und/oder an diesen eine leitende Beschichtung oder elektrische Bauteile aufweisen.To change the electrical field, the
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |