DE202005013420U1

DE202005013420U1 - Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE202005013420U1
Application number: DE202005013420U
Authority: DE
Original assignee: EGO Control Systems GmbH and Co KG
Current assignee: EGO Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2015-08-20

Abstract

Sensorvorrichtung (11) zur Erzeugung eines Schaltsignals bei Annäherung und/oder Berührung eines Schaltbereiches (23) mit einem Finger oder dgl. eines Benutzers,
1.1 mit einer elektrischen Steuerung (30) zur Auslösung des Schaltsignals,
1.2 mit einem kapazitiven Sensorelement (15), das mit der elektrischen Steuerung (30) galvanisch verbunden ist,
1.3 mit einer Blende (12) aus nicht-metallischem Material mit einer dem Benutzer zugewandten Vorderseite (13) und einer Rückseite (14),
1.4. mit einer elektrisch isolierenden Platine (20), auf der das Sensorelement (15) und die elektrische Steuerung (30) angeordnet ist, und zwar auf einer dem Benutzer und der Blende (12) abgewandten Seite (32) der Platine (20),
1.5 und mit einem leitfähigen Feld (22), das auf der der Blende (12) zugewandten Seite (33) der Platine (20) angebracht ist, ohne galvanisch mit dem Sensorelement verbunden zu sein,
1.6 wobei die Platine mit ihrer das leitfähige Feld (22) tragenden Seite (33) auf der...

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Erzeugung eines Schaltsignals bei Annäherung und/oder Berührung eines Schaltbereichs.
Die DE 30 36 050 C2 zeigt ein kapazitives System mit einer dielektrischen Platte, wobei der Sensor eine auf einer Seite der Platte liegende Elektrode aufweist, die bereichsmäßig zwei auf der anderen Seite der Platte liegende Elektroden überdeckt, von denen die eine die andere ringförmig umgibt.
Die EP 859 467 B1 beschreibt eine Sensorvorrichtung mit einem aus leitfähigem Schaumstoff bestehenden kapazitiven Sensorelement, das an die Rückseite einer Blende angedrückt ist.
Die DE 201 197 00 U1 beschreibt eine Sensorvorrichtung, bei der auf der Rückseite einer durchsichtigen Blende eine elektrisch leitfähige Schicht vorgesehen ist, die mittels eines Kontaktteils kontaktiert wird.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, die eine große Freizügigkeit in der Gestaltung der durch die Annäherung oder Berührung aktivierten und abzudeckenden Bauteile ermöglicht und kostengünstig auch in großen Stückzahlen herzustellen und leicht zu montieren ist.
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. Bei der Erfindung ist also auf der Vorderseite der Blende, also beispielsweise außerhalb eines Haushaltsgerätes, keine Elektrode oder andere leitfähige Schicht notwendig. Die Blende braucht keine Durchbrüche zu haben und kann lediglich mit einer Markierung zur Kennzeichnung des Schaltbereiches ausgestattet sein. Das leitfähige Feld, das einerseits auf der Rückseite der Blende und andererseits auf der dieser zugekehrten Seite der Platine oder Leiterplatte angeordnet ist, wirkt als ein übertragendes und das Schaltsignal konzentrierendes Zwischenglied, das den Schaltbereich auch flächenmäßig definiert und begrenzt. Es ist elektrisch nicht mit der eigentlichen Sensorfläche verbunden. Diese kann vielmehr auf der der Blende abgewandten Rückseite der Platine in galvanischer Verbindung mit den Schaltelementen angeordnet sein.
Dieses Sensorelement, beispielsweise auch eine leitfähige Schicht, die zusammen mit den Kontaktbahnen der elektronischen Schaltung aufgebracht sein kann, kann auch wesentlich kleiner sein als das leitfähige Feld auf der ihr gegenüberliegenden Seite der Platine, kann eine gänzlich andere Form haben und/oder auch flächenmäßig versetzt dazu liegen. Dies ermöglicht eine große Freiheit in der Anordnung der Schaltelemente auf der Platine. Durch die fast unmittelbare Anbringung der Platine an der Rückseite der Blende wird auch Platz gespart und die Konzentration aller elektrisch zu kontaktierenden Schaltelemente auf einer Seite der Platine erleichtert deren Herstellung und Bestückung.
Dadurch, dass das elektrisch leitende Feld als ein Konzentrator für die zur Schaltung genutzte elektrische Eigenschaft bei Annäherung dient, kann das sie bildende meist schichtförmige oder foliendünne Bauteil beliebige Formen haben, beispielsweise auch nach Art eines Piktogramms ausgebildet sein, das den Schaltzweck anzeigt. Die Markierung auf der Vorderseite der Blende kann diesem dann entsprechen. Trotzdem braucht das eigentliche Sensorelement auf der Blenden abgewandten Seite der Platine nicht diese Form haben, so dass beispielsweise eine Standardform der Leiterplatte auch für die unterschiedlichsten Formen des Schaltbereiches verwendet werden kann. Für verschiedene Schaltbereiche auf einer Blende kann eine gemeinsame Platine vorgesehen sein oder es können auch einzelne Platinen an der Blende angebracht oder an diese angedrückt werden.
Das elektrisch leitende Feld kann auf die Leiterplatte direkt aufgebracht sein, beispielsweise als im Negativverfahren herausgeätzte Schicht, als zusätzlich aufgelegtes Plättchen oder auch als Bedruckung mit einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem kohlenstoffhaltigen Material, Silber, Kupfer oder dgl.. Auch die Aufklebung eines Folienausschnitts oder die Zwischenlage einer dielektrischen Folie mit leitfähigen Feldern darauf zwischen Platine und Blende ist möglich. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, bei der eine beidseitig klebende Folie (Doppelklebeband) verwendet wird, die gleichzeitig das elektrisch leitende Feld an der Leiterplatte oder direkt an der Blende festlegt und andererseits auch die Platine an der Blende festklebt. Vorteilhaft ist sowohl das leitende Feld als auch das Sensorelement selbst nur als einzelne zusammenhängende Fläche ausgebildet, benötigt also keine einander umgebende Elektroden, die zu überbrücken wären.
Das elektrisch leitende Feld könnte auch elastisch sein, insbesondere auch volumenelastisch, z.B. als elektrisch leitfähiger Schaumstoff ausgebildet sein, um Unebenheiten oder Krümmungen der Blende gegenüber der Platine auszugleichen.
Beleuchtete Tasten oder andere Signalgeberfunktionen lassen sich verwirklichen, auch ohne die Blende zu durchbrechen. So könnte auf der der Blende zugekehrten Seite der Platine eine Leuchtdiode angebracht sein oder, um diese Seite der Leiterplatte nicht elektrisch kontaktieren zu müssen, auf der anderen Seite angebracht sein und durch einen Durchbruch in der Leiterplatte eine entsprechend transparente Fläche in der Blende durchleuchten. Durch mehrere Einzel-LED's und eine flache Lichtverteilungsoptik kann ein beliebiger Ausleuchtungseftekt erzielt werden. Das elektrisch leitende Feld kann auch durchbrochen sein, beispielsweise gelocht, in Gitterstruktur oder dgl.. In diesem Falle ist es auch möglich, den unmittelbaren Tastenbereich durch dieses Feld hindurch zu beleuchten, wenn die Blende entsprechend durchscheinend ausgebildet ist.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch eine Sensorvorrichtung,
2 eine Draufsicht, in Richtung des Pfeils II in 1 gesehen und
3 einen Schnitt entsprechend 1 durch eine Sensorvorrichtung mit einer anderen Art der Befestigung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in den 1 und 2 dargestellte Sensorvorrichtung 11 gehört zu einem kapazitiven Berührungsschalter, der die Änderung der Kapazität durch die Annäherung oder Berührung eines Schaltbereiches 23 einer Blende 12 durch einen Körper, wie einen Finger eines Benutzers, mittels einer elektronischen Steuerung 30 oder Schaltung zu einem Schaltvorgang auswertet. Das Funktionsprinzip und die Schaltung sind in den eingangs erwähnten Druckschriften enthalten, auf die hier Bezug genommen wird.
Die Blende 12, von der nur ein kleiner Ausschnitt dargestellt ist, besteht aus nicht-metallischem, dielektrischem Material, z.B. Kunststoff, der undurchsichtig oder durchscheinend sein kann und meist thermoplastisch ist. Er ist elektrisch nicht leitend und kann entweder die Front oder ein anderes Gehäuseteil eines Elektrogerätes, wie einer Waschmaschine, eines Geschirrspülers, eines Wäschetrockners oder eines ähnlichen Haushaltsgerätes sein oder eine darin eingesetzte Blende. Die Erfin dung ist aber auch an anderen Geräten, beispielsweise an Werkzeugmaschinen, Schalttafeln oder anderen Geräten, brauchbar. Die Blende 12 hat eine einem potentiellem Benutzer zugekehrte Vorderseite 13 und eine Rückseite 14, an die z.B. mittels angedeuteter Federn 31 eine Platine 20, die man auch als Leiterplatte bezeichnen kann, angedrückt ist. Die aus elektrisch isolierendem Material bestehende Platine 20 hat eine die Steuerungselektronik 30 und deren einzelne Elemente in SMD-Bestückung tragende aktive Seite 32 und eine unbestückte Seite 33, die der Blende 12 zugekehrt ist. Die dem Inneren zugekehrte unbestückte Seite weist ein Sensorelement 15 auf, das aus einer elektrisch leitenden Fläche besteht, die, z.B. über übliche Leiterbahnen 36, mit der Steuerung 30 galvanisch in Verbindung steht. Das Sensorelement selbst kann ebenfalls aus einem flächigen Leiterbahnabschnitt bestehen. Die Platine braucht im vorliegenden Beispiel nicht durchbrochen zu sein, da durch die SMD-Bestückung weder Befestigungsbohrungen noch Durchkontaktierungen notwendig sind. Dies erleichtert und verbilligt die Herstellung der Leiterplatte und macht sie unempfindlicher gegen Fehlfunktion.
Auf der unbestückten Seite 33 der Platine 20 ist ein elektrisch leitfähiges Feld 22 vorgesehen. Es liegt im Bereich des auf der anderen Platinenseite 32 vorgesehenen Sensorelementes 15, muss jedoch, wie zu erkennen ist, nicht zentrisch zu diesem liegen und auch nicht die gleiche Form und Größe haben. Vielmehr kann es wesentlich größer sein als das Sensorelement 15.
Das Feld 22 kann in Form einer Leiterbahn oder auf beliebige andere Weise, durch Aufkleben, Aufdrucken oder andere Techniken aus leitfähigem Material auf die Platine aufgebracht sein. Es ist flächig sowohl an die Rückseite 14 der Blende als auch an die unbestückte Seite 33 der Platine angelegt und behindert auch, da es sehr dünn sein kann, nicht die Anlage der übrigen Platinenabschnitte an der Blende 12. In den Zeichnungen sind zur Erkennbarkeit die Dickenverhältnisse weit überhöht dargestellt.
Das leitfähige Feld 22 begrenzt und definiert den Schaltbereich, der sich auf der Körperseite 13 der Blende dadurch bildet. Er kann beispielsweise die Form eines Piktogramms oder Zeichens, z.B. als „+" oder „0", geformt sein. Es ist sinnvoll, auf der Vorderseite 13 der Blende eine Markierung 34, z.B. durch Bedruckung, vorzusehen, die in Form und Größe etwa dem leitfähigen Feld entspricht. Dies ist in 2 angedeutet, wo der Schaltbereich 23 die Form eines „+" hat. Es ist zu erkennen, dass die Markierung 34 etwas größer ist als das auf der Rückseite liegende Feld 22 und dass das Sensorelement bzw. die als solches wirkende Kontaktfläche 15 wesentlich kleiner ist und exzentrisch dazu liegen kann, wie es von der Leiterplattenstruktur und Bestückung her günstig ist.
Bei der Annäherung eines Körpers an den Schaltbereich 23 werden die Kapazitätsverhältnisse der Sensoreinheit, bestehend aus elektrisch leitendem Feld 22 und Sensorelement 15, verändert, wobei das Feld 22 die kapazitive Auswirkung konzentriert durch die Leiterplatte hindurch auf das Sensorelement 15 überträgt. Es wirkt also als ein Konzentrator für das Signal.
3 zeigt eine Ausführung, die bis auf die nachstehend erläuterten Unterschiede der Ausführung nach 1 entspricht, auf die insoweit Bezug genommen wird. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Teile.
Die Befestigung der Platine 20 an der Blende 12 geschieht bei 3 über eine doppelseitig klebende Schicht oder Schichtengruppe 35, z.B. eine Doppelklebefolie. Sie ist auf die unbestückte Seite 33 der Platine aufgeklebt und dort ist in der gemäß 1 beschriebenen Positionie rung ein Plättchen, beispielsweise ein Folienausschnitt, als elektrisch leitfähiges Feld 22 aufgeklebt. In dieser Form, mit einer abziehbaren Abdeckung versehen, kann die Leiterplatte zur Montage des Elektrogerätes, zu der die Blende 12 gehört, zugeliefert werden. Sie ist dann nur noch nach Abziehen der nicht dargestellten Deckfolie an die Rückseite der Blende 12 anzukleben und befestigt damit auch das leitfähige Feld in innigem Kontakt zur Rückseite 13 der Blende 12. Dieser Kontakt ist wichtig, da Luftspalte zu einer Änderung der Kapazitätseigenschaften und damit zu Ungenauigkeiten im Ansprechverhalten des elektronischen Schalters führen könnten.
Es ist auch möglich, das leitfähige Feld 22 zwischen Leiterplatte und Doppelklebefolie 35 festzukleben, so dass die gesamte Klebefläche zur Befestigung an der Blende dienen kann.
Bei der Ausführung nach 3 ist die Markierung 34 durch eine Erhebung der Blende 12 gebildet. Es ist auch zu erkennen, dass durch den Versatz zwischen leitfähigem Feld 22 und Sensorelement 15 z.B. eine nicht dargestellte zentrale Tastenbeleuchtung angebracht werden kann, indem dort auch auf der bestückten aktiven Seite 32 der Platine 20 eine ebenfalls nicht dargestellte Leuchtdiode angebracht sein kann, die z.B. durch ein Loch in der Leiterplatte und eine ensprechende transparente Stelle der Blende hindurch die Schaltfunktion anzeigt.

Claims

Sensorvorrichtung (11) zur Erzeugung eines Schaltsignals bei Annäherung und/oder Berührung eines Schaltbereiches (23) mit einem Finger oder dgl. eines Benutzers, 1.1 mit einer elektrischen Steuerung (30) zur Auslösung des Schaltsignals, 1.2 mit einem kapazitiven Sensorelement (15), das mit der elektrischen Steuerung (30) galvanisch verbunden ist, 1.3 mit einer Blende (12) aus nicht-metallischem Material mit einer dem Benutzer zugewandten Vorderseite (13) und einer Rückseite (14), 1.4. mit einer elektrisch isolierenden Platine (20), auf der das Sensorelement (15) und die elektrische Steuerung (30) angeordnet ist, und zwar auf einer dem Benutzer und der Blende (12) abgewandten Seite (32) der Platine (20), 1.5 und mit einem leitfähigen Feld (22), das auf der der Blende (12) zugewandten Seite (33) der Platine (20) angebracht ist, ohne galvanisch mit dem Sensorelement verbunden zu sein, 1.6 wobei die Platine mit ihrer das leitfähige Feld (22) tragenden Seite (33) auf der Rückseite (13) der Blende (12) im dem Sensorelement (15) gegenüberliegenden Bereich angebracht ist 1.7 und wobei die leitfähige Feld (22) den Schaltbereich (23) definiert.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltbereich (23) und das leitfähige Feld (22) eine andere Form und/oder Größe hat als das Sensorelement (15).
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltbereich (23) und/oder das leitfähige Feld (22) wesentlich größere Abmessungen haben als das Sensorelement (15).
Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (15) gegenüber dem leitfähigen Feld (22) seitlich versetzt liegt.
Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung mehrerer unterschiedlicher Schaltsignale mehrere gleiche Sensorelemente (15) vorgesehen sind, die mit ggf. unterschiedlich großen und/oder unterschiedlich gestalteten elektrisch leitenden Feldern (22) zusammenwirken.
Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (20) und/oder das leitfähige Feld (22) an die Rückseite (14) der Blende (12) angeklebt ist.
Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Feld (22) und die Platine (20) mittels einer beidseitig klebenden Schicht oder Folie (35) mit der Blende (12) verklebt sind.