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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Taste zur Verwendung in einer Schaltvorrichtung, insbesondere vom kapazitiven Typ. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der besagten Taste, die in kapazitiven Schaltvorrichtungen verwendet werden kann.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine kapazitive Schaltvorrichtung, ein Bedienfeld oder eine Tastatur mit einer Vielzahl von Tasten.
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Im Automobilbereich sind Schaltvorrichtungen und Bedienfelder oder Tastaturen bekannt, die mindestens ein System von kapazitiven Sensoren umfassen, die geeignet sind, das Vorhandensein des Fingers eines Benutzers zu erkennen, der mindestens eine Oberfläche berührt, die eine Taste definiert, und somit eine Veränderung der resultierenden Kapazität zu erzeugen.
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Kapazitive Sensoren werden in der Regel unter Oberflächen angebracht, die für den Benutzer zugänglich sind, und müssen sich so nah wie möglich an ihm befinden, um die größte Kapazitätsvariation zu erzielen, die somit am wenigsten durch externe Störungen und/oder Schwankungen beeinträchtigt wird.
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Es ist in der Technik bekannt, eine Schutzelektrode, z. B. einen Schutzring, um die kapazitiven Sensoren herum anzubringen, die ihrerseits in geeigneter Weise mit der Leiterplatte verbunden sind, um das kapazitive System stabiler und zuverlässiger zu machen.
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Die Baugruppe mit dem kapazitiven Sensor und der Schutzelektrode wird von einer Steuereinheit, z. B. einer elektronischen, gesteuert.
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Die aus dem Sensor und der Schutzelektrode bestehende Baugruppe muss unter Verwendung von Elementen mit frontaler Oberfläche und Geometrie in Bezug auf die Zugangsrichtung des Benutzers und unter Verwendung von leitfähigen Materialien hergestellt werden, die geeignet sind, eine Kapazitätsänderung zu erzeugen, die von der Steuereinheit gesteuert werden kann.
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Obwohl metallische kapazitive Sensoren und Schutzelektroden derzeit in der Industrie verwendet werden, haben Studien gezeigt, dass die elektrische Leitfähigkeit, die von den für die Herstellung der Baugruppe verwendeten Materialien gefordert wird, nicht unbedingt hoch ist.
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Gegenwärtig gibt es mehrere mögliche Entwürfe, wie z. B. :
- - Blechteile, die auf der Innenseite des Schlüssels zugeschnitten und montiert werden;
- - Leiterplatte, die auf der Innenseite des Schlüssels montiert ist;
- - flexible Leiterplatte, die auf der Innenseite des Schlüssels montiert ist.
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Alle in der Technik bekannten Lösungen sind komplex, da sie die Hinzufügung von Metallelementen oder spezielle Arten von Leiterplatten erfordern, die mit dem Schlüssel zusammengebaut werden müssen, oder erfordern, dass Elemente, wie die Leiterplatte, an den Schlüssel gebunden werden. Darüber hinaus sind solche Lösungen nicht zuverlässig, da sich der Abstand zwischen dem Sensor und der Außenfläche, die vom Benutzer berührt wird, im Laufe der Zeit und/oder im Raum verändern kann, wodurch der kapazitive Sensor Erfassungsfehler macht.
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Wie bereits erwähnt, müssen dann alle verschiedenen Elemente, aus denen die kapazitiven Sensoren bestehen, elektrisch mit der Leiterplatte verbunden werden, z. B. durch eine Feder und/oder eine Verdrahtung und einen zugehörigen Stecker. Es ist daher notwendig, eine ordnungsgemäße elektrische Verbindung zwischen der Taste und der Leiterplatte zu gewährleisten, auch wenn sich die Taste bewegen kann, z. B. bei Ausübung von Druck auf sie.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese und andere technische Probleme des Standes der Technik zu lösen, indem sie einen Schlüssel für Schaltgeräte, vorzugsweise kapazitive, bereitstellt, der zuverlässig und einfach herzustellen ist, wobei der kapazitive Sensor und vorzugsweise auch die Schutzelektrode aus leitfähigem Kunststoffmaterial bestehen und in die Struktur des Schlüssels selbst integriert sind.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Taste für Schaltgeräte mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung des Schlüssels mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 7.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung oder ein Bedienfeld mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 10.
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Weitere Merkmale des Schlüssels, des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen im Anhang aufgeführt.
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Die Merkmale und Vorteile des Schlüssels, des Verfahrens und der Vorrichtung werden im Lichte der folgenden Beschreibung mehrerer möglicher Ausführungsformen davon, die hier als nicht einschränkendes Beispiel aufgeführt sind, sowie der beigefügten Zeichnungen klar und deutlich, wobei:
- • 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine mögliche Schaltvorrichtung mit mindestens einer Taste gemäß der vorliegenden Erfindung;
- • Die 2A und 2B zeigen in verschiedenen Ansichten mögliche illustrative und nicht begrenzte Ausführungsformen eines Schlüssels für ein Schaltgerät gemäß der vorliegenden Erfindung; insbesondere ist die 2A eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Schlüssels, der an einem Schaltgerät angebracht ist; die 2B ist eine axonometrische Ansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform eines Schlüssels gemäß der vorliegenden Erfindung;
- • Die 3A, 3B, 3C und 3D zeigen in einer Ansicht von unten die Abfolge der gemeinsamen Formung zur Herstellung eines Schlüssels gemäß der vorliegenden Erfindung; insbesondere zeigt die 3A die Formung des ästhetischen Sheets zur Herstellung der ästhetischen Schicht; die 3B zeigt die Formung des Kunststoffsubstrats zur Herstellung der ästhetischen Schicht; die 3C zeigt die Formung der leitfähigen Kunststoffschicht; die 3D zeigt die Formung der tragenden Schicht.
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Unter Bezugnahme auf die oben aufgeführten Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 2 eine Taste gemäß der vorliegenden Erfindung als solche. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet eine Schaltvorrichtung, die den Schlüssel 2 umfasst, als Ganzes.
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Die Taste 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet, um in Schaltvorrichtungen 1 des kapazitiven Typs eingebaut zu werden.
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Die Taste 2 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine ästhetische Schicht 3, die von einem Benutzer berührt werden kann, um mindestens eine Schaltvorrichtung 1, mit der die Taste 2 verbunden ist, zu aktivieren und/oder zu deaktivieren.
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Der Schlüssel 2 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ferner eine tragende Schicht 6, die geeignet ist, die strukturellen und mechanischen Elemente des Schlüssels 2 zu definieren, so dass der Schlüssel 2 in einer Trägerstruktur 10 der Schaltvorrichtung 1 gekoppelt werden kann.
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Der Schlüssel 2 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ferner mindestens einen kapazitiven Sensor 11, der geeignet ist, die Berührung und/oder Annäherung der ästhetischen Schicht 3 durch einen Benutzer zu erfassen. Vorzugsweise umfasst der Schlüssel 2 ferner mindestens eine Schutzelektrode 12, die mit dem mindestens einen kapazitiven Sensor 11 verbunden ist.
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In der Taste 2 gemäß der vorliegenden Erfindung sind der mindestens eine kapazitive Sensor 11 und vorzugsweise auch die mindestens eine Schutzelektrode 12 aus mindestens einem leitfähigen Kunststoffmaterial hergestellt, das eine leitfähige Kunststoffschicht 5 bildet.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Konstruktion der Taste 2 für kapazitive Schaltvorrichtungen 1 zu vereinfachen und einen zuverlässigen und stabilen kapazitiven Sensor 11 bereitzustellen, der weniger durch externe Störungen beeinträchtigt wird.
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Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Begriff kapazitive Schaltvorrichtung auf eine Vorrichtung mit Schaltern und/oder Kommutatoren, die schalten, wenn eine genau definierte Oberfläche der Schaltvorrichtung, z. B. die Taste 2, insbesondere die ästhetische Schicht 3, von einem Benutzer berührt und/oder angefahren wird.
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Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe ästhetische Schicht, tragende Schicht und leitfähige Kunststoffschicht auf eine oder mehrere Strukturen mit Formen, z. B. ebenen, die die verschiedenen Teile des Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung definieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Schlüssel 2 vorzugsweise monolithisch, d.h. aus einem Stück gefertigt. Noch bevorzugter ist der Schlüssel 2 einstückig monolithisch.
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Im Sinne der vorliegenden Beschreibung bedeutet monolithisch und/oder aus einem Stück gefertigt, dass der Schlüssel 2 nach seiner Herstellung nicht in Einzelteile zerlegt werden kann, ohne seine Integrität und/oder Funktionalität zu beeinträchtigen, da er dazu zerbrochen werden müsste.
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Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung kann sich der Begriff kapazitiver Sensor 11 entweder auf den vollständigen kapazitiven Sensor oder auf eine einzelne Elektrode zur Erfassung von Kapazitätsschwankungen beziehen, die mit den übrigen Teilen, aus denen der kapazitive Sensor besteht, verbunden ist, wobei die übrigen Teile, wie dem Fachmann bekannt ist, von der einzelnen Elektrode entfernt angeordnet sein können.
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Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Begriff „Schutzelektrode 12“ auf eine Struktur, z. B. eine ringförmige Struktur, vorzugsweise eine geschlossene, die vorteilhaft mit dem kapazitiven Sensor gekoppelt werden kann, insbesondere ihn umgibt, und insbesondere mit mindestens einer Elektrode des kapazitiven Sensors, um dessen Erfassungsleistung bei Kapazitätsschwankungen zu verbessern und das kapazitive System stabiler und zuverlässiger zu machen, wie es dem Fachmann bekannt ist.
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In einer bevorzugten, aber lediglich illustrativen und nicht einschränkenden Ausführungsform des Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ist die mindestens eine leitfähige Kunststoffschicht 5 zwischen der ästhetischen Schicht 3 und der tragenden Schicht 6 angeordnet.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der kapazitive Sensor 11, der in der leitfähigen Kunststoffschicht 5 ausgebildet ist, so nah wie möglich an der ästhetischen Schicht 3 positioniert, die die Oberfläche definiert, die vom Benutzer berührt werden kann, wodurch die Kapazitätsänderung hervorgehoben wird. Noch bevorzugter ist es, dass sich zwischen der ästhetischen Schicht 3 und der leitfähigen Kunststoffschicht 5 keine weiteren Elemente oder Schichten befinden.
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Darüber hinaus sind in der bevorzugten Ausführung, in der der kapazitive Sensor 11 und die Schutzelektrode 12 beide in der leitfähigen Kunststoffschicht 5 ausgebildet sind, diese so nah wie möglich an der ästhetischen Schicht 3 positioniert, die die Oberfläche definiert, die vom Benutzer berührt werden kann, wodurch die Kapazitätsschwankung deutlicher wahrnehmbar ist und weniger von externen Geräuschen und Schwankungen beeinflusst wird.
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Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Schlüssel 2, wie im folgenden Beispiel näher erläutert, zumindest teilweise in einem Co-Moulding-Verfahren hergestellt, wobei der kapazitive Sensor 11 mittels der leitfähigen Kunststoffschicht 5 direkt in der für die Herstellung des Schlüssels 2 verwendeten Form ausgebildet wird.
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In einer bevorzugten, aber lediglich illustrativen und nicht einschränkenden Ausführungsform des Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die leitfähige Kunststoffschicht 5 aus mindestens einem leitfähigen thermoplastischen Material.
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Als illustratives und nicht begrenzendes Beispiel ist die leitfähige Kunststoffschicht ein ESD-Material mit einem Oberflächenwiderstand von weniger als 106 Ohm, wie z. B. PE, Acetalharz, PEEK und/oder Polycarbonat. Vorzugsweise ist die leitfähige Kunststoffschicht aus Polycarbonat mit Kohlenstofffasern hergestellt.
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Vorzugsweise ist die Form der leitfähigen Kunststoffschicht 5 so beschaffen, dass sie sowohl den kapazitiven Sensor 11, insbesondere mindestens eine Elektrode des kapazitiven Sensors 11, als auch die Schutzelektrode 12 umschließt, die voneinander isoliert sein müssen. Diese Isolierung kann durch einen Luftspalt oder durch die ästhetische Schicht 3, die auch die Gehäuse für die leitfähige Kunststoffschicht 5 bilden kann, und/oder durch die tragende Schicht 6 gewährleistet werden, die zwischen dem Abschnitt der leitfähigen Kunststoffschicht 5, der den kapazitiven Sensor 11 oder zumindest einen Teil davon bilden soll, und dem Abschnitt der leitfähigen Kunststoffschicht 5, der die Schutzelektrode 12 bilden soll, angeordnet ist.
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Generell muss die elektrische Isolierung zwischen zwei Elektroden des kapazitiven Systems gewährleistet sein.
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In einer bevorzugten, aber lediglich illustrativen und nicht einschränkenden Ausführungsform der Taste 2 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die ästhetische Schicht 3: ein ästhetisches Sheet 31, die z.B. ein oder mehrere Symbole zeigt, die mit Funktionen verbunden sind, die mit der Schaltvorrichtung 1 in Verbindung gebracht werden können, visuelle Effekte wie Äderung, Marmorierung usw. und/oder ästhetische Merkmale, die auch durch Berührung gefühlt werden können, wie Rauheit usw.; und ein Substrat aus Kunststoffmaterial 32, z.B. transparent und/oder durchscheinend, das angepasst ist, um das ästhetische Sheet 31 zu tragen und gleichzeitig Licht durchzulassen.
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Alternativ kann die ästhetische Schicht 3 ausschließlich aus einem Kunststoffsubstrat bestehen, das zumindest teilweise lichtdurchlässig ist.
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In einer bevorzugten, aber lediglich illustrativen und nicht einschränkenden Ausführungsform zeigt das ästhetische Sheet 31 mindestens ein Symbol für jede Funktion, die der Taste 2 der Schaltvorrichtung 1 zugeordnet werden kann. Vorzugsweise kann es sich bei einem solchen Symbol um ein beliebiges Symbol handeln, das derzeit im Automobilbereich zur Darstellung von Haupt- oder Zusatzfunktionen eines Fahrzeugs oder eines Bootes verwendet und kodiert wird.
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In einer möglichen, aber lediglich illustrativen und nicht einschränkenden Ausführungsform besteht das Substrat aus Kunststoff 32 aus PMMA, Polycarbonat, PETG und/oder PVC, vorzugsweise aus Polycarbonat. Vorzugsweise wird das Kunststoffsubstrat 32 aus co-modifizierbaren Materialien ausgewählt.
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In einer bevorzugten, aber lediglich illustrativen und nicht einschränkenden Ausführungsform des Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die tragende Schicht 6 aus isolierendem, vorzugsweise undurchsichtigem Kunststoffmaterial.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter isolierendem Kunststoff ein Kunststoff, z. B. ein Nicht-Thermoplast, zu verstehen, der einen spezifischen Oberflächenwiderstand von mehr als 1012 Ohm aufweist.
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In einer möglichen, aber lediglich illustrativen und nicht begrenzten Ausführungsform besteht die tragende Schicht 6 aus Polyamid, PTFE und/oder Acetalharzen. Vorzugsweise wird die lasttragende Schicht 6 aus co-modifizierbaren Materialien ausgewählt.
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Allgemeiner ausgedrückt, um eine korrekte elektrische Verbindung zwischen der leitfähigen Kunststoffschicht 5, die den kapazitiven Sensor 11 und optional auch die Schutzelektrode 12 definiert, und einer elektrischen Schaltung 14 der Schaltvorrichtung 1 zu gewährleisten, ist mindestens eine leitfähige, vorzugsweise metallische Feder, vorzugsweise eine Spiralfeder, so ausgelegt, dass sie sowohl auf die Taste 2, insbesondere die leitfähige Kunststoffschicht 5, als auch auf die elektrische Schaltung 14, z. B. in Form einer gedruckten Leiterplatte oder PCB, wirkt.
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Um nun die möglichen Konstruktionsdetails eines Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, zeigt 2A eine Schnittdarstellung, bezogen auf eine vertikale Ebene, einer möglichen Ausführungsform des Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung, der an einer Schaltvorrichtung 1 angebracht ist. In der 2A sind die verschiedenen Komponenten sichtbar, insbesondere die Schichten, die die Taste 2 definieren, und die Schichten, die das kapazitive Abtastsystem bilden. Von oben beginnend, bezogen auf eine vertikale Achse, befindet sich die ästhetische Schicht 3, die zumindest das Substrat aus Kunststoff 32 umfasst, das vorzugsweise transparent oder zumindest lichtdurchlässig ist, um den Durchgang von Licht zu ermöglichen und die ästhetische Schicht 3 der Taste 2 ausreichend stark zu machen. Vorzugsweise umfasst die ästhetische Schicht 3 ein ästhetisches Sheet 31 und ein Substrat aus Kunststoff 32.
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Unter der ästhetischen Schicht 3 befindet sich eine leitfähige Kunststoffschicht 5, die geeignet ist, den kapazitiven Sensor 11 oder zumindest einen Teil davon und vorteilhafterweise auch die Schutzelektrode 12 zu bilden. Die Geometrien der leitfähigen Kunststoffschicht 5 müssen in Abhängigkeit von der Anzahl der Sensoren und der Form der ästhetischen Schicht 3, die vom Benutzer bedient werden kann, definiert werden.
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Unter der leitfähigen Kunststoffschicht 5 befindet sich eine tragende, vorzugsweise undurchsichtige Schicht 6, die mehrere mechanische Elemente zur mechanischen Verbindung mit der Trägerstruktur 10 des Schaltgeräts 1 und auch andere mechanisch-technische Funktionen, wie z. B. Labyrinthe zur Vermeidung von Lichtlecks usw., definiert.
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2A zeigt eine Ausführungsform der Taste 2 gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der sich zwischen den beiden Teilen der leitenden Kunststoffschicht 5, die den kapazitiven Sensor 11 oder zumindest einen Teil davon und/oder die Schutzelektrode 12 bilden, auch eine tragende Schicht 6 befindet. Diese Ausführungsform ist nicht einschränkend, da die Isolierung zwischen den verschiedenen leitenden Elementen, die durch die leitende Kunststoffschicht 5 bereitgestellt wird, auch durch die Verwendung von Luft oder anderen isolierenden Materialien, z.B. isolierenden Kunststoffen, erreicht werden kann.
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In 2A ist auch eine Feder 13 zu sehen, insbesondere eine metallische Schraubenfeder, die in der Schaltvorrichtung 1 montiert und zwischen dem Schlüssel 2, der in geeigneter Weise auf die leitende Kunststoffschicht 5 einwirkt, und der elektrischen Schaltung 14 positioniert ist, die in Form einer gedruckten Schaltung oder PCB vorgesehen ist, wobei letztere die Verwaltungselektronik, z. B. eine Steuereinheit 16, umfasst. Vorzugsweise ist die Feder 13 mit geeigneter Kraft vorgespannt und auf die verschiedenen leitenden Teile der leitenden Kunststoffschicht 5 zentriert, die mindestens einen kapazitiven Sensor 11 oder zumindest einen Teil davon und gegebenenfalls die Schutzelektrode 12 bilden.
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2B zeigt in einer axonometrischen Ansicht eine mögliche Ausführungsform des Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Abbildung sind die strukturellen und funktionellen Teile der Taste 2 deutlich sichtbar, insbesondere die ästhetische Schicht 3, genauer gesagt das ästhetische Sheet 31, die vom Benutzer berührt wird, und die tragende Schicht 6, die dazu dient, die richtige Verbindung und Positionierung der Taste 2 innerhalb der Trägerstruktur 10 einer Schaltvorrichtung oder eines Bedienfelds 1 zu gewährleisten.
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Die leitfähige Kunststoffschicht 5, die den kapazitiven Sensor oder zumindest einen Teil davon und gegebenenfalls auch die Schutzelektrode definiert, ist zwischen der ästhetischen Schicht 3 und der tragenden Schicht 6 angeordnet; sie ist nicht unmittelbar sichtbar, da sie in die Struktur der Taste 2 integriert ist.
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Die Taste 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ist geeignet, in eine Schaltvorrichtung oder ein Bedienfeld 1 eingebaut zu werden. Die Schaltvorrichtung oder das Bedienfeld 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist vom kapazitiven Typ.
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Die kapazitive Schaltvorrichtung oder Schalttafel 1 umfasst ferner: eine Trägerstruktur 10, mit der mindestens eine Taste 2 gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden ist.
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Innerhalb der Trägerstruktur 10 sind folgende Komponenten angeordnet: mindestens ein elektrischer Schaltkreis 14, z. B. eine Leiterplatte oder PCB; eine Steuereinheit 16, die geeignet ist, den korrekten Betrieb und die ordnungsgemäße Steuerung der Schaltvorrichtung 1 zu ermöglichen.
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Mindestens eine Feder 13 ist ebenfalls innerhalb der Trägerstruktur 10 angeordnet, die zwischen dem Schlüssel 2 und der elektrischen Schaltung 14 liegt. Die Feder 13 ist geeignet, eine leitende Kunststoffschicht 5 des Schlüssels 2 in geeigneter Weise mit der Steuereinheit 16 elektrisch zu verbinden.
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Vorzugsweise definiert die Trägerstruktur 10 die äußere Struktur des Schaltgeräts 1 und ermöglicht es, das Schaltgerät 1 an einer anderen Struktur zu befestigen, wie z.B. einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs oder Bootes. Die Trägerstruktur 10 ist auch geeignet, elektrische Verbindungsabschnitte zu definieren, um die Schaltvorrichtung 1 mit einem in einem Fahrzeug oder Boot vorhandenen Stromkreis zu verbinden. Vorzugsweise definiert die Trägerstruktur 10 die Struktur, die den Schlüssel 2 aufnimmt, und ermöglicht es, ihn bei Bedarf zu bewegen, wenn ein Benutzer den Schlüssel 2 berührt und/oder eine Kraft auf ihn ausübt.
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Bei der elektrischen Schaltung 14 handelt es sich vorzugsweise um eine gedruckte Schaltung (PCB), in der elektrische Schaltungen und/oder Schalter physisch realisiert sind.
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Bei der Feder 13 handelt es sich vorzugsweise um eine Schraubenfeder aus leitfähigem Material, die in der Lage ist, die Taste 2, insbesondere die leitfähige Kunststoffschicht 5, mit dem elektrischen Schaltkreis 14 elektrisch zu verbinden. Nach dem Einbau in die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 ist die Feder vorteilhafterweise vorgespannt, d.h. zumindest teilweise zusammengedrückt, um eine konstante und zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der leitfähigen Kunststoffschicht 5 und der elektrischen Schaltung 14 zu gewährleisten, unabhängig von etwaigen Relativbewegungen der Taste 2 und der elektrischen Schaltung 14.
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Die Steuereinheit 16 ist über einen elektrischen Schaltkreis 14, eine Feder 13 und eine leitende Kunststoffschicht 5 elektrisch mit der Taste 2 verbunden. Die Steuereinheit 16 ist geeignet, das Vorhandensein eines Körperteils des Benutzers, insbesondere eines Fingers, in der Nähe der Taste 2, insbesondere der ästhetischen Schicht 3, zu erkennen, vorzugsweise zu berühren, und/oder den Abschnitt und/oder Bereich der Taste 2 zu identifizieren, auf dem das Körperteil des Benutzers liegt.
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Insbesondere kann die Steuereinheit 16 die von einem oder mehreren kapazitiven Sensoren 11 erfassten Kapazitätsänderungen empfangen, um den Kontakt und/oder die Position des Körperteils des Benutzers in Bezug auf den Schlüssel 2 zu bestimmen.
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Die Funktionsweise der kapazitiven Sensoren 11 und der Steuereinheit 16 wird hier nicht weiter beschrieben, da sie dem Fachmann an sich bekannt ist.
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In einer möglichen, jedoch lediglich illustrativen und nicht einschränkenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Bedienfelds 1 ist der Schlüssel 2 so konfiguriert, dass er sich relativ zu der Trägerstruktur 10 bewegt, insbesondere indem er mindestens eine Translations-, Dreh- und/oder Schwenkbewegung ausführt.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die tragende Schicht 6 so gestaltet, dass sie an der Stützstruktur 10 befestigt werden kann, während sie die erforderlichen Freiheitsgrade zulässt und möglicherweise Endpunkte für den Schlüssel 2 definiert. Daher müssen sowohl die tragende Schicht 6 des Schlüssels 2 als auch die Stützstruktur 10 in Abhängigkeit von der gewünschten Bewegung des Schlüssels 2 entsprechend geformt werden.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine mögliche, jedoch lediglich illustrative und nicht einschränkende Ausführungsform der kapazitiven Schaltvorrichtung oder des Bedienfelds 1 mit einer Vielzahl von Tasten 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt die 1 eine Schaltvorrichtung 1 mit einer Trägerstruktur 10, an der fünf Tasten 2 gemäß der vorliegenden Erfindung befestigt sind.
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Die Trägerstruktur 10 umfasst Mittel zur Befestigung an einer Struktur eines Fahrzeugs, z. B. einem Armaturenbrett, und Mittel zum elektrischen Anschluss an einen Stromkreis, der z. B. in dem Fahrzeug oder Boot vorhanden ist.
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1 zeigt entlang der Seiten der Schaltvorrichtung 1 zwei einzelne Tasten 2, von denen jede eine ästhetische Schicht 3 mit einer längeren Ausdehnung aufweist, während im mittleren Teil drei Tasten 2 in einer Reihe angeordnet sind, von denen jede eine ästhetische Schicht 3 definiert, die kürzer ist als die der Tasten 2 entlang der Seiten. Jede ästhetische Schicht 3 ist geeignet, von einem Benutzer berührt zu werden, und über die entsprechende Taste 2 kann die Schaltvorrichtung 1 dank des kapazitiven Sensors über die Steuereinheit die Berührung und/oder Annäherung der genannten ästhetischen Schicht 3 durch den Benutzer erkennen.
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Die in dargestellten Formen des Schaltgeräts 1, der Trägerstruktur 10 und der Tasten 2 sind lediglich illustrativ und nicht einschränkend.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der nach diesem Verfahren hergestellte Schlüssel 2 insbesondere zur Verwendung in einer kapazitiven Schaltvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte, die vorzugsweise nacheinander durchgeführt werden:
- - Bereitstellung einer Form, vorzugsweise einer einzigen, nicht dargestellten Form, und geeigneter Materialien für die Herstellung des Schlüssels 2, insbesondere mehrerer Kunststoffe;
- - Formung mindestens einer ästhetischen Schicht 3 in der Form;
- - Formung mindestens einer leitfähigen Kunststoffschicht 5 in der Form;
- - Formung mindestens einer tragenden Schicht 6 in der Form.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden während des Formens mindestens einer leitfähigen Kunststoffschicht 5 mindestens ein kapazitiver Sensor 11 und vorzugsweise auch mindestens eine Schutzelektrode 12 definiert.
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Das vorliegende Verfahren ermöglicht es, in den Schlüssel 2 eine leitfähige Kunststoffschicht 5 einzubauen, die das kapazitive System zur Erfassung der Berührung und/oder Annäherung des Schlüssels 2 durch einen Benutzer definiert, was zu geringeren Produktionskosten und kürzeren Konstruktions- und Montagezeiten führt.
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Während des Schritts der Bereitstellung einer Form wird eine Form hergestellt, vorzugsweise eine einzelne Form, die geeignet ist, einen Schlüssel 2 mit den gewünschten mechanischen, funktionellen und ästhetischen Eigenschaften zu erhalten. Während desselben Schritts werden auch die für die Herstellung jeder einzelnen Schicht, Komponente und/oder jedes Teils des Schlüssels 2 erforderlichen Materialien vorbereitet.
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Während des Schrittes des Formens mindestens einer ästhetischen Schicht 3 wird das für die Herstellung der ästhetischen Schicht 3 ausgewählte Kunststoffmaterial, z. B. PMMA, Polycarbonat, PETG und/oder PVC, in die Form gegossen und/oder gespritzt.
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Während des Schrittes des Formens mindestens einer leitfähigen Kunststoffschicht 5 wird das für die Herstellung der leitfähigen Kunststoffschicht 5 ausgewählte Kunststoffmaterial, z. B. ESD-Materialien, einschließlich PE, Acetalharz, Polycarbonat oder PEEK, vorzugsweise Polycarbonat mit Kohlenstofffasern, in die Form gegossen und/oder gespritzt.
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Während des Schrittes des Formens mindestens einer tragenden Schicht 6 wird das für die Herstellung der tragenden Schicht 6 ausgewählte Kunststoffmaterial, z. B. Polyamid, PTFE, Polycarbonat und/oder Acetalharze, in die Form gegossen und/oder eingespritzt.
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Wenn die geformte tragende Schicht 6 ausgehärtet ist, kann der Schlüssel 2 aus der Form genommen werden.
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Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise automatisch durchgeführt.
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Allgemeiner ausgedrückt, ermöglicht das vorliegende Verfahren die Herstellung eines kompletten Schlüssels 2, der in einer kapazitiven Schaltvorrichtung 1 eingesetzt werden kann.
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In einer bevorzugten, aber lediglich illustrativen und nicht einschränkenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Schritt des Formens mindestens einer ästhetischen Schicht 3 die folgenden Teilschritte:
- - Einlegen eines ästhetischen Sheets 31 in die Form, das z.B. ein oder mehrere Symbole zeigt, die mit den Funktionen verbunden sind, die mit der genannten Schaltvorrichtung 1 verbunden werden können;
- - Gießen oder Einspritzen eines Kunststoffs, um ein Substrat aus Kunststoff 32 zu erhalten, das geeignet ist, Licht durchzulassen.
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Der Teilschritt des Einlegens eines ästhetischen Sheets 31 in die Form umfasst das Einlegen eines ästhetischen Sheets 31 in die Form, die z. B. ein oder mehrere Symbole, visuelle Effekte und/oder ästhetische Merkmale aufweist, die durch Berührung ertastet werden können, und die in geeigneter Weise angeordnet ist, z. B. entsprechend den gewünschten ästhetischen Merkmalen des genannten Schlüssels 2.
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Der Teilschritt des Gießens oder Einspritzens eines Kunststoffmaterials, um ein Substrat aus Kunststoffmaterial 32 zu erhalten, umfasst die Auswahl des gewünschten Kunststoffmaterials für die Herstellung der ästhetischen Folie 3, z. B. PMMA, Polycarbonat, PETG und/oder PVC, und das Gießen und/oder Einspritzen in die Form.
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Die vorliegende Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht es, die Taste 2 mit verschiedenen möglichen Schaltvorrichtungen 1 zu verbinden, die sogar unterschiedliche Funktionen ausführen, indem einfach das ästhetische Sheet 31 und insbesondere das auf diesem ästhetischen Sheet 31 dargestellten Symbole und/oder Logos geändert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem Verfahren um ein Co-Moulding-Verfahren, vorzugsweise ein Spritzguss-Co-Moulding-Verfahren, insbesondere ein Mehrfachspritzguss-, z. B. Dreifachspritzguss-Co-Moulding-Verfahren.
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Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht es, auf einfache Weise verschiedene Kunststoffmaterialien mit unterschiedlichen elektrischen, mechanischen und/oder lichtleitenden Eigenschaften zu kombinieren, um kostengünstige, äußerst zuverlässige und leicht zu montierende kapazitive Schaltvorrichtungen 1 zu bauen.
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Die 3A, 3B, 3C und 3D zeigen in einer Ansicht von unten den Ablauf des Co-Mouldings zur Herstellung eines Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung, gemäß einer möglichen, aber lediglich illustrativen und nicht beschränkenden Ausführungsform davon.
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zeigt insbesondere das geformte ästhetische Sheet 31, die für die Herstellung der ästhetischen Schicht 3 verwendet wird.
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In dieser Abbildung ist der hintere Teil des ästhetischen Sheets 31 zu sehen, die so angepasst ist, dass sie ein gewünschtes ästhetisches Aussehen hat und sowohl Informationen, z. B. durch Logos, Zahlen und/oder Symbole, als auch taktile und/oder visuelle Effekte bietet.
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zeigt das geformte Substrat aus Kunststoff 32, das für die Herstellung der ästhetischen Schicht 3 verwendet wird. Das Kunststoffsubstrat 32 ist durchsichtig und/oder lichtdurchlässig und dient dazu, die ästhetische Schicht 31 zu tragen und gleichzeitig Licht durchzulassen.
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zeigt die geformte leitfähige Kunststoffschicht 5. Diese Abbildung zeigt die Herstellung eines kapazitiven Sensors 11 und einer Schutzelektrode 12, die in geeigneter Weise geformt sind, um mindestens eine Elektrode des kapazitiven Sensors 11 mit geeigneten Abmessungen und Geometrien und auch die Schutzelektrode 12 zu bilden.
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zeigt die geformte tragende Schicht 6. Diese Abbildung zeigt die Herstellung der Elemente des Schlüssels 2, die mechanische Funktionen erfüllen, sowie, in der hier dargestellten Ausführung, einige Elemente, die als Isolatoren dienen, um die verschiedenen Teile der leitenden Kunststoffschicht 5 zu isolieren und unerwünschte Verbindungen zwischen den verschiedenen Teilen des kapazitiven Systems zu vermeiden.
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Die in den 3A-3D gezeigte Abfolge von Bildern veranschaulicht deutlich die Abfolge der Formgebungsvorgänge, die zur Realisierung einer bevorzugten Ausführungsform des Schlüssels 2 gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Die verschiedenen Schichten und Teile des Schlüssels 2, die in den Figuren dargestellt sind, werden mit der gleichen Form hergestellt.
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Ganz allgemein ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines kompletten Schlüssels 2, der eine ästhetische Oberfläche, Symbole, ein transparentes Material, ein kapazitives System sowie mechanische Befestigungs- und Lichtsicherungselemente umfasst.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung von Schlüsseln 2, bei denen das kapazitive System, insbesondere die Sensoren oder zumindest ein Teil davon, und vorzugsweise auch die Schutzelektrode, unter Verwendung von Kunststoff, vorzugsweise thermoplastischem Material, vom leitfähigen Typ hergestellt wird.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, das kapazitive System, insbesondere die Sensoren oder zumindest einen Teil davon, und vorzugsweise auch die Schutzelektrode, direkt in die Struktur des Schlüssels 2 zu integrieren, wodurch dieser zu einem einzigen, monolithischen Teil wird.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Integration des kapazitiven Systems, insbesondere der Sensoren oder zumindest eines Teils davon, und vorzugsweise auch der Schutzelektrode, durch ein Verfahren zum Co-Moulding des Schlüssels 2, da dieser direkt in die für die Herstellung des Schlüssels 2 verwendete Form eingelegt werden kann.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird die Kapazitätsschwankung so deutlich wie möglich gemacht; darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung die Erkennung der Kapazitätsschwankung in einer zuverlässigeren und genaueren Weise, da sie weniger durch externes Rauschen und Schwankungen beeinflusst wird.
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Vorzugsweise macht die vorliegende Erfindung das kapazitive System stabiler und zuverlässiger.
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Alle alternativen Ausführungsformen des Schlüssels 2, die hier nicht im Einzelnen beschrieben sind, die aber für den Fachmann im Lichte des Inhalts der vorliegenden Patentanmeldung offensichtlich sind, gelten als in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallend.
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REFERENZNUMMERN
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- 1
- Schaltgerät
- 10
- Stützstruktur
- 11
- Kapazitiver Sensor
- 12
- Schutzelektrode
- 13
- Feder
- 14
- Elektrischer Stromkreis
- 16
- Steuereinheit
- 2
- Schlüssel
- 3
- Ästhetische Schicht
- 31
- Ästhetisches Sheet
- 32
- Substrat aus Kunststoff
- 5
- Leitfähige Kunststoffschicht
- 6
- Tragende Schicht
