DE19712137A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen eines Betriebszustandes eines Haushaltsgerätes mit einem wenigstens teilweise metallischen Bedienelement - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen eines Betriebszustandes eines Haushaltsgerätes mit einem wenigstens teilweise metallischen BedienelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zum Einstellen eines Betriebszustandes eines
Haushaltsgeräts.
Unter einem Haushaltsgerät wird dabei und im folgenden ein
Gerät zum automatisierten Verrichten von Tätigkeiten und
Funktionen in einem privaten Haushalt verstanden.
Beispiele für solche Haushaltsgeräte sind
Haushaltsgargeräte wie Kochfelder (Kochmulden) oder Back-
und Bratöfen zum Garen von Lebensmitteln, Waschmaschinen,
Geschirrspüler und Kühl- und/oder Gefriergeräte zum Kühlen
bzw. Gefrieren von Lebensmitteln, die im Fachjargon als
"Weiße Ware" bezeichnet werden. Die Erfindung betrifft
nicht sonstige elektrische oder elektronische Hausgeräte,
die nicht in diesem Sinne Haushaltsgeräte sind, wie
lediglich der Unterhaltung dienende Geräte (TV-Geräte,
Musikwiedergabegeräte oder Spielgeräte), im Fachjargon als
"Braune Ware" bezeichnet, oder lediglich der
Datenverarbeitung dienende Geräte (Computer).
Der Betriebszustand eines Gargerätes (Herdes) wie einer
Kochmulde, eines Backofens oder eines kombinierten Herdes
mit Kochmulde und Backofen wird im allgemeinen über eine an
der Gerätevorderseite angeordnete Bedienblende mit
Schaltknebeln oder ein am Kochfeld vorgesehenes Bedienfeld
mit kapazitiven Berührungssensoren ("Touch-Sensoren",
Tastsensoren) oder berührungslosen optischen oder
Infrarot-Sensoren eingestellt.
Aus EP-A-0 054 306 ist ein kapazitiver Berührungsschalter
für elektrische Haushaltsgeräte, insbesondere für
Kochmulden aus Glas oder Glaskeramik, bekannt mit einer
Platte aus dielektrischem Material und einer an dieser
Platte angebrachten kapazitiven Sensoranordnung mit
mehreren Eingabestellen. An jeder Eingabestelle sind auf
einer Bedienseite der Platte eine Kondensatorfläche aus
Metall und auf der gegenüberliegenden Seite zwei
Kondensatorflächen aus Metall angeordnet, so daß mit der
Kondensatorfläche auf der Bedienseite der Platte und einer
der Kondensatorflächen auf der gegenüberliegenden Seite
jeweils ein Kondensator gebildet ist. Eine Berührung der
Kondensatorfläche auf der Bedienseite mit einem Finger
ändert die Kapazitäten der Kondensatoren. Diese
Kapazitätsänderung wird durch Anlegen eines Wechselfeldes
und mittels einer Auswerteschaltung zum Schalten oder
Einstellen des Betriebszustandes des Haushaltsgerätes
ausgenutzt.
Aus DE 42 07 772 A1 ist ein berührungsloses Tastenfeld zum
Bedienen eines Glaskeramikkochfeldes bekannt mit einer
unterhalb der Glaskeramik angeordneten Lichtquelle, für
deren Licht die Glaskeramik durchlässig ist, und wenigstens
einem ebenfalls unterhalb der Glaskeramik neben der
Lichtquelle angeordneten Lichtsensor. Wenn nun ein Finger
oberhalb der Glaskeramik über die Stelle der Glaskeramik
geführt wird, unter der Lichtquelle und Lichtsensor
angeordnet sind, ändert sich wegen der veränderten
Reflektivität das Ausgangssignal des Lichtsensors. Dieses
geänderte Ausgangssignal wird zum Einstellen des gewünschten
Betriebszustand verwendet.
Bei kapazitiven Sensoren muß das Trägermaterial somit ein
elektrischer Isolator sein und bei optischen Sensoren ein
transparentes Material. Metallische Bedienoberflächen für
das Bedienfeld sind deshalb bei diesen bekannten
Bediensystemen nicht möglich. Ferner sind die bekannten
Bediensysteme empfindlich gegenüber Verschmutzungen,
beispielsweise durch übergelaufene Flüssigkeiten auf
Kochfeldern.
In einem Prospekt der Firma Seppelfricke ist ein
"Selectronic-Einschaltpult SES 860" beschrieben mit
mehreren Piezo-Tasten zum Einstellen von Betriebszuständen
eines Einbaubackofens und eines Einbaukochfeldes und mit
den Piezo-Tasten zugeordneten Leuchtdiodenanzeigen für die
mit den Piezo-Tasten eingestellten Funktionen oder
Betriebszustände. Die Piezo-Tasten und die
Leuchtdiodenanzeigen sind in einer Ebene nebeneinander und
hinter einer durchsichtigen Glasblende angeordnet, die von
einem Edelstahlrahmen allseitig umgeben ist. Die
Berührflächen der Piezo-Tasten bestehen somit aus Glas. Bei
dieser elektronischen Schalteinheit der Firma Seppelfricke
sind wie bei den meisten modernen Bedieneinrichtungen für
Gargeräte elektronische Bauelemente (Halbleiterbauelemente)
beispielsweise zur Ausführung logischer Funktionen oder zur
Signalverarbeitung hinter der Bedienblende angeordnet.
Diese elektronischen Bauelemente sind empfindlich gegenüber
Spannungspulsen, die beispielsweise durch elektrostatische
Entladung (ESD) einer bedienenden Person bei Berührung der
Bedienblende erzeugt werden können, und auch gegenüber
externen elektromagnetischen Feldern (EMV).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Einstellen eines Betriebszustandes
eines Haushaltsgerätes mittels wenigstens eines
Bedienelements anzugeben, bei denen die genannten Probleme
beim Stand der Technik vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7.
Der Erfindung liegt dabei die erste Überlegung zugrunde,
die Berührfläche eines zum Wählen des Betriebszustandes
vorgesehenen Bedienelements zumindest weitgehend aus Metall
auszubilden und damit eine Abschirmung von hinter der
Berührfläche oder in der Nähe der Berührfläche liegenden
elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische
Entladungen bei der Berührung der Berührfläche sowie gegen
äußere elektromagnetische Felder zu erreichen. Die
Erfindung beruht ferner auf der zweiten Überlegung, zum
Registrieren einer Betätigung des Bedienelements einen auf
die metallische Berührfläche ausgeübten Druck mit
wenigstens einem druckempfindlichen Meßaufnehmer zu
erfassen und den Betriebszustand des Haushaltsgerätes
abhängig von diesem Druck einzustellen. Mit dieser
Auswertung eines Betätigungsdruckes wird zum einen der
metallischen Beschaffenheit der Berührfläche Rechnung
getragen, die eine Verwendung der bekannten optischen oder
kapazitiven Touch-Sensoren unmöglich macht, und zum anderen
die Ergonomie berücksichtigt, der eine deutlich
wahrnehmbare, drückende Bewegung zur Bedienung eines
Schalters entgegenkommt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des
Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben
sich aus den vom Anspruch 1 bzw. Anspruch 7 jeweils
abhängigen Ansprüchen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird zum
Erfassen einer Druckänderung an der metallischen
Berührfläche des Bedienelements der piezoelektrische Effekt
ausgenutzt. In einem Material, das den piezoelektrischen
Effekt zeigt, werden aufgrund von, insbesondere durch
Materialverformungen (Deformationen) erzeugten,
mechanischen Spannungen in dem Material meßbare elektrische
Spannungen erzeugt. Da eine Druckänderung (Kraftstoß) an
der Berührfläche zu einer Deformation des Bedienelements
führt, kann somit mit Hilfe des piezoelektrischen Effekts
ein Drücken oder Loslassen des Bedienelements an seiner
Berührfläche als elektrisches Meßsignal erfaßt werden. Aus
diesem Meßsignal kann dann das Steuersignal zum Einstellen
des gewünschten Betriebszustandes abgeleitet werden. Ein
solches Piezo-Bediensystem ist vergleichsweise
unempfindlich gegenüber Verschmutzungen an der
Berührfläche, da es nur auf mechanische Kräfte oder Drücke
reagiert.
In einer ersten Weiterbildung dieses Piezosystems besteht
ein von der metallischen Berührfläche elektrisch isolierter
Teil des Bedienelements selbst aus piezoelektrischem
Material, und es wird an zwei Elektroden direkt an diesem
piezoelektrischen Teil des Bedienelement von einer
Meßeinrichtung ein elektrisches Meßsignal abgegriffen.
In einer anderen Weiterbildung des Piezosystems ist dem
Bedienelement wenigstens ein piezoelektrischer Sensor
zugeordnet, der Verformungen im Bedienelement detektiert
und ein entsprechendes elektrisches Meßsignal erzeugt.
Das Steuersignal wird von einer Steuereinrichtung
vorzugsweise nur dann erzeugt, wenn das elektrische
Meßsignal der Meßeinrichtung oder des wenigstens einen
piezoelektrischen Sensors innerhalb eines vorgegebenen
Zeitintervalls sowohl die positive als auch die negative
elektrische Polarität jeweils wenigstens einmal gezeigt
hat.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird ein
Steuersignal generiert, wenn ein Meßsignal einer Polarität
detektiert wurde und innerhalb einer vorgegebenen
Betätigungszeit kein Meßsignal der entgegengesetzten
Polarität registriert wurde.
Diese von der Steuereinrichtung überwachten
Zusatzbedingungen stellen sicher, daß der Betriebszustand
des Haushaltsgeräts nur eingestellt wird, wenn ein bewußtes
Bedienen des Bedienelements durch die bedienende Person
erfolgt ist, und schließt somit ein unbeabsichtigtes
Auslösen eines Steuersignals beispielsweise durch
Aufstellen eines Kochtopfes oder aufgrund thermischer
Spannungen praktisch aus.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind
mehrere Bedienelemente mit zugeordneten Berührflächen
vorgesehen, die jeweils in einem zugeordneten Teilbereich
eines Bedienfelds integriert sind. Die Bedienelemente
können wieder selbst als piezoelektrische Sensoren dienen.
Es können aber auch dem Bedienfeld vorzugsweise mindestens
ebenso viele piezoelektrische Sensoren zugeordnet sein wie
Bedienelemente. Diese piezoelektrischen Sensoren können an
dem Bedienfeld insbesondere versetzt zu den Berührflächen
der Bedienelemente angebracht sein. Die Steuereinrichtung
bestimmt dann aus den Meßsignalen aller piezoelektrischer
Sensoren, welche Berührfläche betätigt wurde, und erzeugt
ein entsprechendes Steuersignal. Vorzugsweise ist jede
Berührfläche des Bedienfelds zwischen jeweils wenigstens
zwei piezoelektrischen Sensoren angeordnet, und die
Steuereinrichtung findet durch Betrachtung aller
Meßsignale, insbesondere durch Differenzbildung der
Meßsignale von jeweils zwei verschiedenen piezoelektrischen
Sensoren, das gerade bediente Bedienelement heraus.
Als Metall für die Berührfläche bzw. die Berührflächen ist
insbesondere Edelstahl oder Aluminium oder eine
Aluminiumlegierung geeignet.
Jedes Bedienelement oder das Bedienfeld ist in einer
besonderen Ausführungsform aus einem Glaskörper und einem
davor angeordneten Metallkörper mit der Berührfläche
gebildet.
Ferner kann jedem Bedienelement neben seiner Berührfläche
eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen von Betriebszuständen
zugeordnet sein.
Das Steuersignal wird vorzugsweise zum Einstellen des
Betriebszustandes wenigstens einer Kochstelle, insbesondere
einer Heizeinrichtung der Kochstelle, und/oder eines Brat-
und Backofens verwendet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die
Zeichnungen Bezug genommen, in denen Ausführungsbeispiele
gemäß der Erfindung jeweils schematisch veranschaulicht
sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Einstellen eines
Betriebszustandes eines Haushaltsgeräts mit einem
Bedienelement und einem zugeordneten Piezosensor in
einer geschnittenen Seitenansicht,
Fig. 2 eine Vorrichtung zum Einstellen eines
Betriebszustandes eines Haushaltsgeräts mit einem als
Piezosensor wirkenden Bedienelement in einer
geschnittenen Seitenansicht,
Fig. 3 eine Vorrichtung zum Einstellen eines
Betriebszustandes eines Haushaltsgeräts mit einem
Bedienelement und einer zugeordneten
Anzeigeeinrichtung in einer geschnittenen
Seitenansicht,
Fig. 4 den zeitlichen Verlauf eines Meßsignals während des
Betätigens eines Bedienelements in einem Diagramm und
Fig. 5 ein Bedienfeld zum Einstellen eines Betriebszustandes
eines Haushaltsgeräts in einer Draufsicht.
Einander entsprechende Teile sind mit denselben
Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils eine Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Einstellen eines Betriebszustandes eines
Haushaltsgerätes 6. Das Haushaltsgerät 6 kann ein
Haushaltsherd, eine Haushaltskochmulde oder ein
Haushaltskochfeld, eine Geschirrspülmaschine, eine
Waschmaschine oder auch ein Kühlgerät oder ein Gefriergerät
sein. Unterschiedliche Betriebszustände können insbesondere
die dem Haushaltsgerät 6 oder einer Komponente des
Haushaltsgeräts 6 zugeführte Leistung und/oder Betriebsart
sein, beispielsweise bei einem Kochfeld die Schaltzustände
der einzelnen Kochzonen oder Kochplatten sowie deren
Kochstufen. Die Bedienvorrichtung zum Einstellen des
Betriebszustandes des Haushaltsgerätes 6 kann unmittelbar
am Haushaltsgerät 6 oder auch räumlich entfernt
(Fernbedienung) von diesem angeordnet sein.
Die Bedienvorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt ein vorzugsweise
plattenförmiges Bedienelement 2 mit einer Berührfläche 20
und einer von der Berührfläche 20 abgewandten Rückseite 29,
einen an der Rückseite 29 des Bedienelements 2 angeordneten
piezoelektrischen Sensor 4 sowie eine Steuereinrichtung 5.
Das Bedienelement 2 besteht zumindest weitgehend und
vorzugsweise ganz aus Metall, insbesondere aus Edelstahl
oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der
piezoelektrische Sensor 4 ist mit dem Bedienelement 2 an
dessen Rückseite 29 fest (starr) verbunden, beispielsweise
durch Verkleben, so daß Verformungen des Bedienelements 2
unmittelbar auf den Piezosensor 4 übertragen werden. Der
piezoelektrische Sensor 4 ist ferner mit der
Steuereinrichtung 5 elektrisch verbunden. Die
Steuereinrichtung 5 wertet ein von dem piezoelektrischen
Sensor 4 geliefertes Meßsignal M aus und bildet in
Abhängigkeit von dieser Auswertung ein Steuersignal S für
das Haushaltsgerät 6. Wenn nun eine bedienende Person das
Bedienelement 2 beispielsweise mit einem Finger 9 an der
Berührfläche 20 mit einem auch nur leichten Druck P drückt,
so ändert sich aufgrund der dadurch verursachten
mechanischen Deformationen im Bedienelement 2 das Meßsignal
M des piezoelektrischen Sensors 4. Die Deformationen werden
nämlich von dem piezoelektrischen Sensor 4 aufgrund der
starren Verbindung mit dem Bedienelement 2 registriert. Das
geänderte Meßsignal M des piezoelektrischen Sensors 4 wird
von der Steuereinrichtung 5 als Bedienvorgang an dem
Bedienelement 2 gewertet. Die Steuereinrichtung 5 veranlaßt
daraufhin über das Steuersignal S eine entsprechende
Änderung des Betriebszustandes des Haushaltsgerätes 6.
Vorzugsweise ist das Bedienelement 2 in der oder an der
Peripherie der Berührfläche 20 für die benutzende Person
durch Symbole, Schriftzeichen oder Markierungen
gekennzeichnet, um der Person anzuzeigen, welche
Betriebszustände sie mit dem Bedienelement 2 verändern oder
einstellen kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Piezosensor
4 unmittelbar gegenüber der Berührfläche 20 angeordnet. In
einer anderen Ausführungsform kann der Piezosensor 4 aber
auch seitlich versetzt zur Berührfläche 20 an der Rückseite
29 des Bedienelements 2 angeordnet sein. Die dadurch
erhöhte Dämpfung der übertragenen mechanischen Spannungen
und des Meßsignals M kann durch eine zusätzliche
Signalverstärkung oder eine höhere Meßempfindlichkeit des
Piezosensors ausgeglichen werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum
Einstellen eines Betriebszustandes, bei der das
Bedienelement 2 selbst teilweise aus piezoelektrischem
Material besteht. Das Bedienelement 2 umfaßt einen
vorzugsweise flachen piezoelektrischen Körper (Piezokörper)
13, auf den ein vorzugsweise ebenfalls flacher Metallkörper
12 aufgeklebt ist. Die Kleberschicht zwischen dem
Piezokörper 13 und dem Metallkörper 12 ist mit 14
bezeichnet und besteht aus einem im Endzustand starren
(rigiden) und zudem elektrisch isolierenden
(dielektrischen) Kleber, beispielsweise einem Epoxidharz-Kleber
oder einem PUR-Kleber (Polyurethanharz-Kleber).
Solch Kleber können im übrigen auch zum Verkleben des
Piezosensors 4 gemäß Fig. 1 verwendet werden. Die vom
Piezokörper 13 abgewandte Flachseite des Metallkörpers 12
ist als Berührfläche 20 des Bedienelements 2 vorgesehen.
Der Piezokörper 13 weist zwei Elektroden 27 und 28 auf, an
denen eine aufgrund von Deformationen im Piezokörper 13
erzeugte elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom
als Meßsignal M abgegriffen wird. Die Elektroden 27 und 28
können, wie dargestellt, seitlich an dem Piezokörper 13
angeordnet sein, so daß ein Piezoquereffekt gemessen wird,
oder auch an der an die Kleberschicht 14 angrenzenden
Flachseite und der davon abgewandten Flachseite des
Piezokörpers 13, wobei dann ein Piezolängseffekt erfaßt
wird. Eine Meßeinrichtung 3 greift das Meßsignal (die
Meßspannung) M an den Elektroden 27 und 28 des
Bedienelements 2 über elektrisch isoliert durch die
Metallplatte 11 geführte Leitungen ab und führt den
gemessenen Wert (Meßwert) M' des Meßsignals M einer
Auswerteeinrichtung 7 zu. Meßeinrichtung 3 und
Auswerteeinrichtung 7 sind Bestandteile der
Steuereinrichtung 5. Die Auswerteeinrichtung 7 erzeugt in
Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Meßsignals M das
Steuersignal S zum Einstellen des Betriebszustands des
Haushaltsgeräts 6 und enthält dazu vorzugsweise einen
Mikroprozessor.
Das gesamte Bedienelement 2 ist vorzugsweise in einer
Metallplatte 11 als Träger und Bedienblende eingesetzt.
Zwischen der Metallplatte 11 und dem Bedienelement 2 ist
eine elektrische Isolierung 15 vorgesehen. Diese Isolierung
15 besteht vorzugsweise aus einem mechanisch dämpfenden
(elastisch oder plastisch verformbaren) Material,
beispielsweise aus einer Kunststoffolie oder aus Silikon,
um das Bedienelement 2 von mechanischen Spannungen in der
Metallplatte 11 mechanisch zu entkoppeln und unerwünschte
Auswirkungen auf das Meßsignal M zu vermeiden. Außerdem
kann das Bedienelement 2 in dieser Ausführungsform von
vorne in die Metallplatte 11 eingesetzt und auch zur
Reparatur oder zum Ersetzen leicht von vorne entnommen
werden.
Als piezoelektrische Materialien für den piezoelektrischen
Sensor 4 und den Piezokörper 13 des Bedienelementes 2 sind
insbesondere Einkristalle, wie beispielsweise
Quarzkristalle oder auch Lithiumtantalat-Kristalle,
polykristalline keramische Körper, wie beispielsweise
Bleizirkonat-Titanat (PZT), oder auch organische Polymere
wie beispielsweise Polyvinylidendifluorid (PVDF) geeignet.
Diese piezoelektrisch wirksamen dielektrischen Stoffe
weisen eine elektrische Polarisationsrichtung auf und sind
vorab mittels einer Polarisationsspannung in dieser
Polarisationsrichtung polarisiert. Als piezoelektrischer
Sensor 4 kann insbesondere auch ein invers betriebenes
Piezomikrophon verwendet werden. Die Meßgenauigkeit des
piezoelektrischen Sensors 4 oder der Meßeinrichtung 3 muß
nicht sehr hoch sein, da praktisch nur binär zu überprüfen
ist, ob eine Betätigung des Bedieneelements 2 stattgefunden
hat, und nicht der auf das Bedienelement 2 ausgeübte Druck
exakt bestimmt werden muß.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum
Einstellen eines Betriebszustands eines Haushaltsgeräts 6
in einem Querschnitt gezeigt mit einer Bedienblende, die
einen scheibenförmigen Glaskörper 16 und eine von der
Bedienerin/dem Bediener aus gesehen vor dem Glaskörper 16
angeordnete Metallblende 17 als Frontblende umfaßt. An der
Metallblende 17 ist eine Berührfläche 20 eines
Bedienelements 2 markiert. An der von der Metallblende 17
abgewandten Rückseite 29 des Glaskörpers 16 ist ein
Piezosensor 4 befestigt zum Registrieren einer Betätigung
des Bedienelements 2 an der Berührfläche 20 und Erzeugen
eines entsprechendes Meßsignals M.
In der Metallblende 17 ist ferner eine Öffnung (Durchbruch)
vorgesehen, durch die der Glaskörper 16 zu sehen ist. Es
ist nun an dieser Öffnung hinter dem Glaskörper 16 eine
Anzeigeeinrichtung 8 vorgesehen zum Anzeigen der am
Bedienelement 2 auswählbaren Betriebszustände und
vorzugsweise auch zum Anzeigen des eingestellten
Betriebszustandes (Quittierung). Durch den transparenten
Glaskörper 17 können von der Anzeigeeinrichtung 8 gezeigte
Symbole und/oder Buchstaben und/oder Wörter und/oder
Farbwechsel von dem Benutzer/der Benutzerin gesehen werden.
Die Anzeigeeinrichtung 8 ist vorzugsweise eine
Leuchteinrichtung, die Symbole und/oder Klartext und/oder
Farbwechsel (z. B. bei Aktivierung) anzeigen kann und
beispielsweise mit LEDs (Lichtemittierende Dioden) oder LCD
(Flüssigkristallanzeige), insbesondere einer Sieben-
Segment-Anzeige, oder auch mit einer hinter einem festen
Symbol oder Schriftzug angeordneten Leuchte ausgestattet.
Anstelle von Glas kann der Körper 16 auch aus einem anderen
transparenten Material bestehen.
Um zu verhindern, daß nicht beabsichtigte Verformungen der
Bedienfelder, beispielsweise durch Aufstellen von
Kochgeschirr oder durch thermische Spannungen, zu einer
Fehleinstellung eines Betriebszustands führen, kann eine
besondere Auswertung der Meßsignale M vorgesehen werden,
bei der nur bewußte und beabsichtigte Betätigungen des
Bedienelements 2 berücksichtigt werden. Dazu wird der
zeitliche Verlauf des Meßsignals M berücksichtigt.
Fig. 4 zeigt einen solchen zeitlichen Verlauf eines
Meßsignals M bei einem beabsichtigten Betätigen des
Bedienelements 2. Es ist die von dem Piezosensor 4 oder dem
Piezokörper 13 gelieferte Meßspannung als Meßsignal M über
der Zeit t aufgetragen. Im Signalverlauf treten zwei
Signalpulse 30 und 31 auf, die unterschiedliche elektrische
Polarität aufweisen. Der erste Signalpuls 30 entspricht dem
Drücken des Bedienelements 2 und der Signalpuls 31 mit der
entgegengesetzten Polarität entspricht dem Loslassen des
Bedienelements 2 durch die bedienende Person. Diese
Signalform erklärt sich dadurch, daß die durch den Druck
bzw. das Nachlassen des Druckes aufgebaute elektrische
Spannung durch das Abfließen der entsprechend verschobenen
Ladungen aus dem piezoelektrischen Material über die
elektrischen Verbindungen schnell innerhalb von Bruchteilen
einer Millisekunde wieder abgebaut wird. Bei einer
Dauerbetätigung des Bedienelements 2 wird deshalb nach dem
anfänglichen Signalpuls keine Meßspannung mehr registriert.
Die Steuereinrichtung 5 erzeugt nun in einer
Ausführungsform nur dann ein Steuersignal S, wenn beide
Signalpulse 30 und 31 innerhalb eines vorgegebenen
Zeitintervalls (maximale Betätigungszeit), das
beispielsweise bei einigen Sekunden liegen kann,
registriert werden.
In einer anderen Ausführungsform erzeugt die
Steuereinrichtung 5 das Steuersignal S zum Ändern oder
Einstellen des Betriebszustandes, wenn der erste Signalpuls
30 registriert wird und innerhalb eines vorgegebenen
Zeitintervalls (minimale Haltezeit) kein zweiter Signalpuls
31 registriert wird, der/die Benutzer(in) das Bedienelement
2 also noch nicht losgelassen hat. Dazu enthält die
Steuereinrichtung 5 vorzugsweise einen Zähler oder eine
Zählfunktion, die bei Auftreten des ersten Signalpulses 30
anfängt hochzuzählen. Wenn das Zählergebnis einen
bestimmten Wert erreicht, ohne daß ein zweiter Signalpuls
31 beobachtet worden ist, wird das Steuersignal 5
ausgelöst.
Als weiteres Kriterium zum Erkennen einer Betätigung des
Bedienelements 2 bzw. 21 bis 26 kann überprüft werden, ob
das Meßsignal M oder die Signalpulse 30 und 31 jeweils
einen vorbestimmten Mindestwert überschritten haben. Die
bedienende Person muß dann das Bedienelement 2 mit einer
bestimmten Mindestkraft betätigen.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum
Einstellen einer Vielzahl von Betriebszuständen mit einem
Bedienfeld 10, das mehrere, im Beispiel der Fig. 5 sechs,
Berührflächen 21 bis 26 von zugehörigen Bedienelementen
aufweist, die vorzugsweise matrixförmig angeordnet sind.
Die Berührflächen 21 bis 26 sind auf dem Bedienfeld 10 an
ihren Rändern markiert und vorzugsweise durch Symbole oder
Schriftzeichen gekennzeichnet. An der Rückseite des
Bedienfeldes 10 sind mehrere piezoelektrische Sensoren 41
bis 49 angeordnet, vorzugsweise ebenfalls in einer
matrixförmigen Anordnung. Jede Berührfläche 21, 22, 23, 24,
25 und 26 ist dabei in der Projektion auf die Rückseite des
Bedienfeldes 10 von jeweils zwei piezoelektrischen Sensoren
41 und 44 bzw. 42 und 45 bzw. 43 und 46 bzw. 44 und 47 bzw.
45 und 48 bzw. 46 und 49 eingerahmt. Es können natürlich
auch die Piezosensoren unmittelbar gegenüber den
Berührflächen angeordnet sein.
Die in Fig. 5 nicht dargestellte Steuereinrichtung 5 wertet
nun sämtliche Meßsignale der Sensoranordnung mit den
Sensoren 41 bis 49 aus und bestimmt, vorzugsweise durch
Betrachtung von Differenzsignalen von jeweils zwei der
Sensoren 41 bis 49, welche der Berührflächen 21 bis 26
bedient worden ist und scheidet gegebenenfalls ein
gleichzeitiges Betätigen mehrerer Berührflächen 21 bis 26,
beispielsweise durch in flächiges Bedienen mit der ganzen
Hand oder Aufstellen eines Topfes, aus durch
Plausibilitätsbetrachtungen. Im letzteren Fall kann die
Steuereinrichtung 5 zusätzlich ein optisches oder
akustisches Warnsignal erzeugen, damit der Topf wieder von
dem Bedienfeld 10 entfernt wird. Für die genannten
Funktionen enthält die Steuereinrichtung 5 entsprechende
elektronische Mittel, beispielsweise eine Logikschaltung
oder einen Mikroprozessor mit einer entsprechenden
Software.
Da in allen bislang beschriebenen Ausführungsformen jede
Berührfläche 20 aus Metall besteht, werden die hinter der
Berührfläche 20 angeordneten Elektroniken, insbesondere in
der Steuereinrichtung 5 gut gegen elektrostatische
Entladungen vom Finger der bedienenden Person abgeschirmt
(Schirmwirkung). Ferner wird auch die Elektromagnetische
Verträglichkeit (EMV) der Bedieneinrichtung erhöht.
Anstelle von Piezoelementen können auch andere
druckempfindliche Meßaufnehmer verwendet werden,
beispielsweise piezoresistive oder magnetostriktive
Sensoren oder auch Membrandrucksensoren.
2
Bedienelement
3
Meßeinrichtung
4
Sensor
5
Steuereinrichtung
6
Haushaltsgerät
7
Auswerteeinrichtung
8
Anzeigeeinrichtung
9
Finger
10
Bedienfeld
11
Metallplatte
12
Metallkörper
13
Piezokörper
14
Kleberschicht
15
Isolierung
16
Glaskörper
17
Metallblende
21
bis
26
Berührfläche
27
,
28
Elektrode
29
Rückseite
30
,
31
Signalpuls
41
bis
49
Sensor
M Meßsignal
S Steuersignal
t Zeit
T Zeitintervall
M Meßsignal
S Steuersignal
t Zeit
T Zeitintervall
Claims (20)
1. Verfahren zum Einstellen eines Betriebszustandes eines
Haushaltsgerätes (6), bei dem in Abhängigkeit von einem
Druck (P) auf eine zumindest überwiegend aus Metall
bestehende Berührfläche (20) eines zum Wählen des
Betriebszustandes vorgesehenen Bedienelements (2) ein
Steuersignal (S) erzeugt wird, das zum Einstellen des
gewählten Betriebszustandes des Haushaltsgerätes (6)
verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
- a) ein Bedienelement (2), das einen Metallkörper (12) mit der Berührfläche (20) und einen mit dem Metallkörper (12) starr verbundenen und elektrisch von dem Metallkörper (12) isolierten piezoelektrischen Körper (13) aufweist, verwendet wird,
- b) an dem piezoelektrischen Körper (13) des Bedienelementes (2) ein elektrisches Meßsignal (M) abgegriffen wird, das ein Maß für eine Verformung in dem Bedienelement (2) ist und
- c) das Steuersignal (S) in Abhängigkeit von dem Meßsignal (M) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
- a) dem Bedienelement (5) wenigstens ein piezoelektrischer Sensor (4) zugeordnet wird, an dessen Ausgang ein elektrisches Meßsignal (M) als Maß für eine Verformung des Bedienelementes (2) ansteht, und
- b) das Steuersignal (S) in Abhängigkeit von dem Meßsignal (M) erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem das
Steuersignal (S) nur erzeugt wird, wenn das elektrische
Meßsignal (M) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls
beide elektrischen Polaritäten jeweils wenigstens einmal
angenommen hat.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem das
Steuersignal (S) nur erzeugt wird, wenn ein Meßsignal (30)
einer Polarität registriert wurde und innerhalb einer
vorgegebenen Betätigungszeit ein Meßsignal (31) der
entgegengesetzten Polarität nicht registriert wurde.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
dem der Betriebszustand wenigstens einer Kochstelle
und/oder eines Brat- und Backofens eingestellt wird.
7. Vorrichtung zum Einstellen eines Betriebszustandes eines
Haushaltsgerätes (6) mit
- a) wenigstens einem Bedienelement (2) mit einer wenigstens überwiegend aus Metall bestehenden Berührfläche (20) zum Wählen eines Betriebszustandes des Haushaltsgerätes (6),
- b) einer Steuereinrichtung (5), die ein Steuersignal (S) zum Einstellen des gewählten Betriebszustandes in Abhängigkeit von einem Druck auf die Berührfläche (20) des Bedienelements (2) erzeugt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der
- a) das Bedienelement (2) einen Metallkörper (12) mit der Berührfläche (20) und einen mit dem Metallkörper (12) starr verbundenen und elektrisch von dem Metallkörper (12) isolierten piezoelektrischen Körper (13) aufweist und
- b) die Steuereinrichtung (5)
b1) eine Meßeinrichtung (3), die als Maß für eine Verformung in dem Bedienelement (2) an dem piezoelektrischen Körper (13) ein elektrisches Meßsignal (M) abgreift, und
b2) eine Auswerteeinrichtung (7), die aus dem Meßsignal (M) das Steuersignal (S) ableitet, enthält.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der
- a) wenigstens ein dem Bedienelement (2) zugeordneter piezoelektrischer Sensor (4) vorgesehen ist, der an die Steuereinrichtung (5) ein von einer Verformung des Bedienelementes (5) abhängiges elektrisches Meßsignal (M) liefert, und
- b) die Steuereinrichtung (5) das Steuersignal (S) abhängig von diesem Meßsignal (M) erzeugt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei der
die Steuereinrichtung (5) ein Steuersignal (S) nur erzeugt,
wenn ein Meßsignal (30) einer Polarität und innerhalb eines
darauffolgenden Betätigungszeitraums kein Meßsignal (31)
der entgegengesetzten Polarität aufgetreten ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei der
die Steuereinrichtung (5) das elektrische Steuersignal (S)
nur erzeugt, wenn das elektrische Meßsignal (M) innerhalb
eines vorgegebenen Zeitintervalls beide elektrischen
Polaritäten jeweils wenigstens einmal angenommen hat.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der
das Metall der Berührfläche (20) des Bedienelements (2)
Edelstahl ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der
das Metall der Berührfläche (20) des Bedienelements (2)
Aluminum enthält.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei der
das Bedienelement (2) einen Glaskörper (16) und einen auf
dem Glaskörper (16) angeordneten Metallkörper (17) mit der
Berührfläche (20) umfaßt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14 mit
wenigstens einer Anzeigeeinrichtung (8) neben der
Berührfläche (20) des Bedienelements (2) zum Anzeigen der
auswählbaren Betriebszustände und/oder des ausgewählten
Betriebszustandes.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15 mit einem
Bedienfeld (10) mit mehreren Berührflächen (21 bis 26)
unterschiedlicher Bedienelemente, die jeweils in einem
zugeordneten Teilbereich des Bedienfelds (10) angeordnet
sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9 und Anspruch 16, bei der
dem Bedienfeld (10) mindestens ebenso viele
piezoelektrische Sensoren (41 bis 49) zugeordnet sind wie
Berührflächen (21 bis 26).
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die
piezoelektrischen Sensoren (41 bis 49) an dem Bedienfeld
(10) seitlich versetzt außerhalb der Berührflächen (21 bis
26) angebracht sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, bei der
die Steuereinrichtung (5) aus den Meßsignalen aller
piezoelektrischer Sensoren (41 bis 49) ableitet, welche
Berührfläche (21 bis 26) betätigt wurde und ein
entsprechendes Steuersignal (S) erzeugt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der jede Berührfläche
(21 bis 26) von jeweils wenigstens zwei piezoelektrischen
Sensoren (41 bis 49) umgeben ist und die Steuereinrichtung
(5) durch Differenzbildung der Meßsignale von jeweils zwei
verschiedenen piezoelektrischen Sensoren (4) die gerade
betätigte Berührfläche (21 bis 26) herausfindet.
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