DE202019106425U1

DE202019106425U1 - Sensoranordnung mit Sensorfeldern aus leitfähigem Lack

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Publication number: DE202019106425U1
Application number: DE202019106425.0U
Authority: DE
Original assignee: ASM SYNCRO TEC GmbH
Current assignee: ASM SYNCRO TEC GmbH
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2029-11-20

Abstract

Sensoranordnung, mit einer kapazitiven Sensorfläche, die aus einer elektrisch leitfähigen Lackschicht besteht, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Sensorfeld (5), welches wenigstens zwei voneinander getrennte Sensoren (1, 2, 3, 4) oder voneinander beabstandete Sensorabschnitte (7) aufweist, an eine elektronischen Auswertungsschaltung angeschlossen ist, wobei die Auswertungsschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie eine über die beiden Sensoren (1, 2, 3, 4) oder Sensorabschnitte (7) hinweg geführte Bewegung erfasst und bei unterschiedlichen Bewegungen unterschiedliche Schaltsignale aussendet,
und wobei die Sensoranordnung über wenigstens ein elektrisch leitfähiges Klebepad mit einem elektrischen, zur Auswertungsschaltung führenden Leiter verbunden ist.

Description

Die Neuerung betrifft eine Sensoranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 2672369 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer kapazitiven Sensorfolie mit transparenten Elektroden bekannt, die als berührungsempfindliche Eingabevorrichtung einer Flüssigkristallanzeige verwendet werden kann. Derartige berührungsempfindliche Eingabe-Flächen werden auch als „Touch-Felder“ bezeichnet, wobei jede Eingabefläche bzw. jedes Touchfelds jeweils einen Sensor darstellt. Die transparente Elektrode umfasst einen optisch transparenten elektrisch leitfähigen Film, der auf mindestens einer Oberfläche eines Substrats vorgesehen ist. Als Material der transparenten Elektroden ist z. B. eine leitfähige Tinte bzw. ein leitfähiger Lack verwendbar. Der leitfähige Film / Lack kann z.B. durch Drucken aufgebracht werden.
Aufgrund der Sprödigkeit von Lacken besteht das Problem, eine grundsätzlich funktionierende derartige Sensoranordnung möglichst störungsfrei funktionsgerecht für die alltägliche Benutzung auszugestalten. Dabei ist die Erfassung von Anwesenheiten im Nahbereich wesentlich. Anders als bei optisch wirksamen Bewegungsmeldern, die beispielsweise zur Ansteuerung von Leuchten auf Wegen und Plätzen oder in Räumen dienen und einen Erfassungsbereiche von mehreren Metern aufweisen, ist im Rahmen des vorliegenden Vorschlags die Erfassung von Anwesenheiten im Nahbereich relevant, also in einer Entfernung von mehreren Zentimetern und allenfalls wenigen Dezimetern, beispielsweise maximal 0,5 m Entfernung vom Sensor.
Touchfelder lösen üblicherweise bei ihrer Aktivierung unmittelbar eine Funktion aus. Dies führt beispielsweise zu ungewollten Fehlauslösungen, wenn Touchfelder bei einer Reinigung der betreffenden Oberfläche aktiviert werden, oder wenn Gegenstände auf einer mit einem Touchfeld versehenen Oberfläche abgelegt werden. Aus der Praxis ist dies beispielsweise von Herdplatten bekannt, wo an Stelle einer gewollten Aktivierung der Herdsteuerung das Ablegen von Gegenständen auf den Touchfeldern entweder zu einer ungewollten Einschaltung des Herdes führen kann, oder aber üblicherweise zu einer ebenfalls ungewollten Aktivierung der Kindersicherung, die vorgesehen ist, um den Herd in einen sicheren Zustand zu bringen. Während das ungewollte Einschalten des Herdes gefährlich ist, führt die ungewollte Aktivierung der Kindersicherung zu einer ungewollt komplizierten und umständlichen Bedienung des Herdes.
Abgesehen von dieser Problematik ist bei den bekannten Touchfeldern jedem Touchfeld eine bestimmte Funktion zugeordnet, beispielsweise indem mit „+“ und „-“ beschriftete Felder für die Auslösung von Funktionen wie „heller, lauter, heißer oder aufwärts“ einerseits und „dunkler, leiser, kühler oder abwärts“ andererseits stehen. Bei dem oben genannten Beispiel des Herdes kommt noch jeweils ein Touchfeld hinzu, um die Zuordnung zu einer bestimmten Herdplatte zu definieren.
Diese eindeutige Zuordnung eines Touchfelds zu einer bestimmten Funktion erfordert erstens eine vergleichsweise große Fläche und bietet zweitens die Möglichkeit einer versehentlichen Fehlbedienung, da die einzelnen Touchfelder bzw. Sensoren üblicherweise, um nämlich Platz zu sparen, einander vergleichsweise nah benachbart angeordnet sind.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nicht-optische Bewegungserkennung im Nahbereich zu ermöglichen und eine gattungsgemäße Sensoranordnung dahingehend zu verbessern, dass diese eine zuverlässige Anbindung an eine Auswertungselektronik ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorschlagsgemäß wird eine Sensoranordnung geschaffen, die mehrere Touchfelder bzw. Sensoren enthält, wobei die Sensoren in der Art logisch miteinander kombiniert sind, dass die Freigabe einer Funktion bzw. die Auslösung eines bestimmten Schaltvorgangs erst nach Betätigung der Sensoren nach einem bestimmten Muster erfolgt. Nur die Aktivierung von zwei oder mehr Sensoren innerhalb kurzer Zeit nacheinander und in einer definierten Abfolge führt zu einem Schaltvorgang, also zur Aktivierung einer bestimmten Funktion, so dass ein erhöhter Schutz gegen versehentliche Fehlbedienungen gegeben ist. Dies gilt insbesondere, wenn auch die Zeit in die Auswertung der Sensor-Aktivierung mit einbezogen wird: erstens kann ausgewertet werden, wie lange die Aktivierung der Sensoren erfolgt, also beispielsweise, wie lange die Hand eines Benutzers in den Erfassungsbereiche der Sensoren gehalten wird. Und zweitens kann ausgewertet werden, wie schnell die Bewegung durchgeführt wird, also in welchen zeitlichen Abstand die Sensoren nacheinander betätigt werden. Beide zeitlichen Auswertungen können dazu genutzt werden, eine bewusste Betätigung der Sensoren von einer zufälligen Betätigung zu unterscheiden, wie sie beispielsweise bei der Reinigung von Oberflächen durchgeführt werden könnte.
Zudem können die Sensoren auf einer vergleichsweise kleinen Fläche angeordnet werden, da nicht ein bestimmter Sensor zielgerichtet betätigt zu werden braucht, sondern vielmehr die über mehrere Sensoren hinweg ausgeführte Bewegung erfasst wird. Schließlich können bei einer entsprechenden Anordnung der Sensoren Bewegungen aus unterschiedlichen Richtungen erfasst werden, so dass eine Mehrzahl unterschiedlicher Schaltbefehle ermöglicht werden kann, auch wenn die Sensoranordnung auf einer vergleichsweise geringen Fläche verwirklicht ist.
In einem Beispiel kann eine Wischgeste, auch als „swipe“-Geste bezeichnet, mithilfe von lediglich 2 Sensoren ausgewertet werden, wobei anhand der Bewegungsrichtung zwei unterschiedliche Schaltvorgänge, beispielsweise ähnlich den weiter oben genannten, mit „+“ und „-“ beschrifteten Feldern, ausgelöst werden können. Jedoch können die Sensoren einer vorschlagsgemäßen Sensoranordnung vergleichsweise klein und vor allen Dingen sehr nahe benachbart zueinander angeordnet werden, da allein die über die Sensoren hinweg ausgeführte Geste ausgewertet wird und nicht ein bestimmter Sensor zielgerichtet betätigt werden muss.
Wenn mehr als 2 Sensoren verwendet werden, kann dementsprechend auch eine Auswertung der zeitlichen Abstände nicht nur zwischen 2 benachbarten Sensoren, sondern auch über das gesamte Sensorfeld hinweg erfolgen. Auf diese Weise kann auch die Gleichmäßigkeit der Bewegung erfasst werden, wodurch die Differenzierung zwischen einer zufälligen Betätigung und einer willentlichen Auslösung noch weiter verbessert werden kann.
Bei den vorgeschriebenen Ausführungsbeispielen können die vorschlagsgemäß vorgesehenen Sensoren unsichtbar ausgestaltet sein. In einer ersten Ausgestaltung können sie beispielsweise aus einem durchsichtigen, leitfähigen Lack gebildet sein und dementsprechend in dem für einen Benutzer sichtbaren Bereich auf einem Trägermaterial angeordnet sein, ohne als Schalt- oder Regeleinrichtung erkennbar zu sein. Beispielsweise können Sie auf Glasflächen, Wandpaneelen, oder der gleichen angeordnet sein, ohne das optische Erscheinungsbild des jeweiligen Trägermaterials zu verändern, und sie können durch eine transparente Lackierung geschützt sein. In einer zweiten Ausgestaltung können die Sensoren durch eine beliebig gearbeitete Lackierung, eine leitfähige Kunststoff- oder Metall-Folie oder dergleichen ausgestaltet sein, um einen möglichst flachen Aufbau der Schaltanordnung zu ermöglichen, und sie können unter einer blickdichten Deckschicht verborgen angeordnet sein, beispielsweise unter einer Furnierschicht, einem Decklack oder dergleichen.
In einer anderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, aufgrund der unterschiedlichen Bewegungsrichtungen die Ansteuerung unterschiedlicher Verbraucher zu bewirken. In diesem Fall kann vorgesehen sein, sämtliche oder bestimmte Sensorflächen sichtbar zu markieren, so dass diese Sensorflächen gezielt betätigt werden können. Mittels einer Wischgeste über das Sensorfeld hinweg kann zunächst eine Entriegelung erfolgen, so dass erst nach einer solchen Entriegelung die Aktivierung der Sensoren als willentliche Betätigung ausgewertet wird und dementsprechend ein Schaltvorgang bei dem angeschlossenen Verbraucher ausgelöst wird. Je nach Bewegungsrichtung über das Sensorfeld hinweg kann die Bewegung nicht nur als Entriegelung dienen, sondern auch die Zuordnung zu einem bestimmten anzusteuern Gerät bewirken, beispielsweise eine Leuchte, eine Hifi-Anlage oder ein Rollladen. Die anschließenden Befehle wie heller, lauter oder aufwärts bzw. dunkler, leiser oder abwärts können anschließend durch Betätigung bestimmter einzelner Sensoren innerhalb des Sensorfeldes erfolgen. Diese Sensorfelder sind zugunsten einer möglichst einfachen Bedienbarkeit optisch markiert, beispielsweise mit den weiter oben genannten, vielen Benutzern vertrauten „+“ und „-“ Symbolen. Dabei können diese einzelnen Sensoren vorteilhaft nicht unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein, sondern durch andere Sensoren des Sensorfeldes voneinander getrennt, so dass eine versehentliche Fehlbedienung möglichst ausgeschlossen werden kann.
Die Anordnung von Sensoren in einem Sensorfeld kann entweder linear oder in Art einer Matrix erfolgen. Bereits die kleinste Matrix mit lediglich jeweils 2 übereinander und nebeneinander angeordneten Sensoren, also insgesamt 4 Sensoren, ermöglicht die Unterscheidung von 10 unterschiedlichen Bewegungsrichtungen, nämlich in den vertikalen, horizontalen und den beiden diagonalen Richtungen, und zwar jeweils in zwei entgegengesetzten Richtungen, sowie Kreisbewegungen im und gegen den Uhrzeigersinn.
Die Sensoren in einem solchen Sensorfeld können derart angeordnet sein, dass das Sensorfeld entweder geradlinig ausgerichtet ist, also mit vertikal und horizontal verlaufenden Trennlinien zwischen den einzelnen Sensoren, oder ob es als Karo angeordnet ist, also mit Trennlinien, die im Winkel von 45° zur Senkrechten bzw. Horizontalen verlaufen. Die Bezeichnung als geradlinig oder als Karo geht davon aus, dass die zu erfassenden Bewegungen entlang vorgegebener, optisch erkennbarer Referenzlinien erfolgen werden. In einer liegenden Fläche kann eine solche Referenzlinie beispielsweise durch die Begrenzung dieser liegenden Fläche geschaffen werden. Wenn das Sensorfeld beispielsweise an einer Tischplatte vorgesehen ist, kann eine Wischgeste beispielsweise parallel oder rechtwinklig zur Plattenkante erfolgen. In einer aufrechten Fläche, z.B. an einer Wand, in einer Tür oder einem Fenster, können vertikal verlaufende Begrenzungen der Wand, der Tür oder des Fensters sowie die Horizontale in Form eines Fußbodens die Referenzlinien bilden, parallel zu denen die Wischgesten erfolgen sollen.
Vorteilhaft kann die Karo-Anordnung vorgesehen sein, bezogen auf die jeweilige Bewegungsrichtung bzw. auf die erwähnte Referenzlinie, denn dies ermöglicht mit wenigen einzelnen Sensoren eine vergleichsweise hoch auflösende Erfassung von Gesten durch das Sensorfeld: wenn beispielsweise eine minimal kleine Matrix, die aus lediglich vier Sensoren besteht, geradlinig zur vorgesehenen Bewegungsrichtung ausgerichtet wird, wird eine Wisch-Geste zunächst von zwei Sensoren gleichzeitig erfasst und anschließend von den zwei anderen Sensoren, so dass insgesamt zwei unterschiedliche Situationen durch das Sensorfeld erfasst werden. Bei einer ansonsten unveränderten Ausgestaltung des Sensorfeldes, jedoch bei Ausrichtung dieser vier Sensoren im Karo, wird die Anwesenheit eines Gegenstandes, beispielsweise der Hand des Benutzers, zunächst von einem einzigen Sensor erfasst, der nämlich die dem Gegenstand zugewandte Spitze des Karos bildet. Anschließend gelangt der Gegenstand in den Erfassungsbereich der beiden übereinander angeordneten Sensoren, und schließlich verlässt der Gegenstand den Erfassungsbereich des Sensorfeldes, wenn er über den Sensor geführt wird, der zunächst, bei Annäherung des Gegenstandes an das Sensorfeld, die von dem Gegenstand abgewandte Spitze des Karos bildete. Bei unveränderter Ausgestaltung des Sensorfeldes selbst und bei unveränderter Bewegung werden allein durch die Ausrichtung des Sensorfeldes also nicht nur zwei, sondern drei unterschiedliche Situationen erfasst, nämlich die Betätigung jedes der beiden äußeren sowie die gemeinsame Betätigung der beiden mittleren Sensoren, so dass eine präzisere und besser auflösende Erfassung der Bewegung ermöglicht wird.
Insbesondere wenn auch Kreisbewegungen ausgewertet werden sollen, können die einzelnen Sensoren eine solche Form aufweisen, beispielsweise annähernd dreieckig, dass ein Sensorfeld mit einem annähernd kreisrunden äußeren Umfang geschaffen wird.
Angesichts der kapazitiven Ausgestaltung des Sensors hängt der Erfassungsbereich des Sensors, also dessen Reichweite, von der Größe des Sensors ab, und bei Schaffung eines Sensorfeldes aus mehreren Sensoren dementsprechend von der Größe des Sensorfeldes. Ein aus vier in Linie angeordneten Sensoren bestehendes Sensorfeld kann beispielsweise äußere Abmessungen von 10 x 20 cm aufweisen. Aufgrund der flachen Ausgestaltung eines vorschlagsgemäßen Sensors bzw. Sensorfeldes kann die vorschlagsgemäße Sensoranordnung praktisch unabhängig von ihren flächigen Abmessungen möglichst unauffällig angeordnet werden, ohne optisch bzw. ästhetisch störend zu wirken.
Angesichts der vorteilhaft möglichst flachen Ausgestaltung der Sensoren in Form einer Lackschicht, einer Folie oder dergleichen werden in elektrotechnischer Hinsicht die kapazitiven Eigenschaften der jeweiligen Sensoren genutzt. Die Ausdehnung der Sensorflächen müssen so groß sein wie die Bewegungsamplitude der zu detektieren Geste. Jede Vergrößerung einer geschlossenen Fläche führt allerdings zur Vergrößerung der elektrischen Gesamtkapazität, wodurch die Detektion einer Geste erschwert wird. Daher kann vorteilhaft vorgesehen sein, die Flächen nicht geschlossen auszugestalten, sondern vielmehr in Art eines Netzes oder Gitters. Dadurch wird die geometrische Ausdehnung des Sensors beibehalten, seine kapazitiv wirksame Fläche kann allerdings vorteilhaft gering gehalten werden.
Ein solches Netz kann beispielsweise Linien aufweisen, die sich in einem Winkel von 90° kreuzen. Abgesehen von der vorteilhaften Auswirkung auf die kapazitiven Eigenschaften des Sensors wird durch die Ausgestaltung des Sensors als Netz auch die Ausfallsicherheit bzw. Funktionssicherheit des Sensors vorteilhaft beeinflusst: wenn der Sensor zugunsten einer optisch möglichst unauffälligen Montage möglichst flach ausgestaltet ist, beispielsweise in Form einer Lackschicht aus elektrisch leitfähige Lack, so können aufgrund der geringen Schichtdicke bereits Haarrisse zu Funktionsausfällen führen. Ein temperatur- oder feuchtigkeitsbedingtes Ausdehnungs- bzw. Kontraktionsverhalten des Trägermaterials, oder auch dessen mechanische Belastung kann zu einem erratischen Verhalten des Sensors führen, wenn abhängig von diesen Einflüssen und für den Benutzer nicht vorhersehbar die Haarrisse entweder geöffnet oder überbrückt sind und sich dementsprechend der Sensor unterschiedlich verhält. Durch die Ausgestaltung des Netzes, bei welchem jeder Netzknoten vierfach angebunden ist, können Unterbrechungen der einzelnen Leiter bzw. Linien des Netzes kompensiert werden.
Vorteilhaft kann ein Netz vorgesehen sein, bei dem sich die einzelnen Leiterbahnen des Sensors in Winkeln von 60° kreuzen. So ist jeder Netzknoten sechsfach angebunden. Sollten Unterbrechungen der Leiter auftreten, beispielsweise in Form der erwähnten Haarrisse, so können derartige Unterbrechungen leichter und wirkungsvoller kompensiert werden als bei einem 90°-Netz.
In einigen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, in Richtung der Flächennormalen des Sensors unterscheiden zu können, aus welcher Richtung sich das Betätigungselement - beispielsweise die Hand eines Benutzers - an den einzelnen Sensor bzw. an das Sensorfeld annähert. So kann beispielsweise intuitiv die elektromotorische Höhenverstellung eine Schreibtischplatte erfolgen, indem die Hand von unten an die Tischplatte herangeführt wird und so ein Sensor bzw. ein Sensorfeld aktiviert wird, um die Tischplatte nach oben zu fahren. Hierdurch wird eine Höhenverstellung der Tischplatte simuliert, wie sie ansonsten mittels Muskelkraft durch das Anheben der Tischplatte erfolgen würde. Umgekehrt bewirkt die Annäherung der Hand von oben an die Tischplatte - nämlich an deren Sensor bzw. Sensorfeld - eine elektromotorische Absenkung, als ob die Tischplatte von Hand nach unten gedrückt würde.
Eine solche Richtungsunterscheidung in Bezug auf die Flächennormale kann dadurch ermöglicht werden, dass zwei Sensoren bzw. Sensorflächen verwendet werden, die jeweils zu ihrer Rückseite hin abgeschirmt sind und von ihren jeweiligen, einander gegenüberliegenden Vorderseiten her betätigt werden können. Wenn beispielsweise ein Sensor in Form einer elektrisch leitfähigen Lackierung auf eine Trägerfolie aufgebracht wird, so befindet sich dieser Sensor auf der sogenannten Vorderseite, und auf der Rückseite der Folie kann auf einfache Weise durch eine elektrisch leitfähige Lackierung die gewünschte Abschirmung geschaffen werden, so dass diese Seite inaktiviert ist.
Die Auswertung bestimmter Kombinationen von Sensorsignalen, die sich aus den jeweiligen Bewegungen bzw. Gesten ergeben, mit denen ein Sensorfeld betätigt wird, kann in an sich bekannterweise durch die Erkennung von vorbestimmten Schrittfolgen und Zeiten erfolgen. Vorteilhaft kann jedoch mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) die Auswertung der Sensorsignale erfolgen. Die KI wird dabei zunächst durch die typischen Muster einer Geste trainiert. Die aus diesen Trainingsdaten berechneten Parameter werden zur Erkennung der Muster herangezogen und erlauben bei ausreichender Varianz, spezifische Gesten bei einer bestimmten Sensoranordnung zu erkennen.
Die Erzeugung der Sensoren mithilfe von elektrisch leitfähigen Lacken ermöglicht einerseits vorteilhaft geringe Schichtdicken, so dass die Anordnung der Sensoren optisch möglichst unauffällig erfolgen kann. Insbesondere wenn ein solcher Lack transparent ist, kann die Anbringung der Sensoren optisch unauffällig erfolgen, und zwar auch dann, wenn das eigentliche Trägermaterial an sich bereits fertiggestellt ist oder aus einem massiven Werkstoff besteht. Beispielsweise kann auch nach Aufbringen einer Furnierschicht der transparente, unsichtbare Sensor noch auf der Oberfläche eines Holzwerkstoff-Trägermaterials angebracht werden, da er aufgrund seiner durchsichtigen und dementsprechend nicht sichtbaren Ausgestaltung nicht unter dem Furnier „versteckt“ zu werden braucht. Oder der Sensor kann auf einer Massivholzplatte montiert werden, die ohnehin nicht furniert wird, sowie auf sämtlichen anderen Oberflächen, die nicht durch eine Folierung, Kaschierung, blickdichte Lackierung oder dergleichen optisch abgedeckt werden sollen. Schließlich können die Sensoren Verwendung einer farblosen transparenten Lackierung auch auf durchsichtigen Glasflächen oder auf Spiegelflächen angebracht werden, ohne die optischen Eigenschaften derartiger Flächen zu beeinträchtigen.
Zur Herstellung eines Sensors, wenn dieser mittels einer Lackierung erzeugt werden soll, können unterschiedliche Lackiererverfahren verwendet werden, beispielsweise eine Beschichtung mittels Spritzpistole, Siebdruck, Inkjet- bzw. Digitaldruck, Tampondruck. Nach der Beschichtung einer größeren Fläche können bestimmte Flächenanteile maskiert werden, und die nicht abgedeckten Flächenanteile können durch Bestrahlung getrocknet bzw. ausgehärtet bzw. vernetzt werden, so das daran anschließend unerwünschte Flächenanteile der Beschichtung abgewaschen werden können. Sämtliche genannten Verfahren nötigen eine Trocknung bzw. ein Aushärten oder Vernetzen des Lacks. Dies kann physikalisch, z.B. durch Erwärmung erfolgen oder optisch, z.B. durch UV-Bestrahlung, oder bei 2-Komponenten-Lacken über eine vorbestimmte Zeit hinweg.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, auf ein Trägermaterial zunächst den leitfähigen Lack aufzutragen, entweder großflächig oder bereits selektiv aufgrund der zu schaffenden Strukturen. Anschließend wird mithilfe eines UV-Lasers die Lackierung dort ausgehärtet bzw. vernetzt, wo die Linien und Flächen der gewünschten Struktur geschaffen werden sollen. Bei dieser Vorgehensweise ist es nicht erforderlich, eine zunächst großflächige Beschichtung bereichsweise zu maskieren, so dass nicht nur die Herstellung der entsprechenden Maske und die jeweils erforderlichen Arbeitsschritte des Anbringens und Entfernens der Maske eingespart werden können, sondern so das insbesondere bei Kleinserien eine schnelle Anpassung der jeweils gewünschten Struktur allein dadurch geschaffen werden kann, dass die Bewegungsbahn des UV-Lasers neu programmiert wird.
Ähnlich wie bei der Bearbeitung elektronischer Platinen kann die oben angesprochene UV-Aushärtung als besonders vorteilhaftes Verfahren angewendet werden, um besonders feine Strukturen herstellen zu können. Auch der Tampondruck wird als besonders vorteilhaft angesehen, um insbesondere bei kleineren und mittleren Stückzahlen sowie auf unterschiedlichsten Trägermaterialien die Sensoren erzeugen zu können.
Die Schaffung feiner Strukturen kann es zudem ermöglichen, Spulen - also Induktivitäten - oder mittels verzahnter Muster Kapazitäten herzustellen. Mittels der Kombination dieser beiden Maßnahmen können Schwingkreise geschaffen werden, deren Resonanz für kontaktlose Überwachungen angewendet werden kann.
Eine sehr komplexe Sensoranordnung, die gleichzeitig besonders flach ausgestaltet werden kann und somit eine Vielzahl von Einbaumöglichkeiten bei den unterschiedlichsten Trägermaterialien und für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle eröffnet, kann durch die schichtweise Anordnung leitender und isolierende Schichten ermöglicht werden. So können beispielsweise durch die Verwendung elektrisch leitfähiger und elektrisch isolierender Lacke derartige Sensoranordnungen besonders flach hergestellt werden.
In der Praxis werden derzeit einzelne Sensoren oder auch größere Sensoranordnungen mithilfe von Lötverbindungen angeschlossen, beispielsweise an eine Energieversorgung oder an eine elektronische Auswertungsschaltung. Angesichts der geringen Schichtdicke und der eventuell gegebenen Sprödigkeit und dementsprechenden Bruchempfindlichkeit eines durchschlaggebildeten Sensors kann vorteilhaft eine Art der Kontaktierung des Sensors bzw. des Sensorfeldes verwendet werden, die mechanische Spannungen ausgleichen kann, auf Druck und Zug belastbar ist, und die natürlich elektrisch leitfähig sein muss. Hierzu können vorteilhaft elektrisch leitfähige, flexible Klebepads verwendet werden, die handelsüblich sind. Sie ermöglichen einen problemlosen elektrischen Übergang von dem jeweiligen Sensor bzw. Sensorfeld auf beispielsweise einen metallischen Folienstreifen. Je nach Anordnung des Sensors und des anzuschließenden elektrischen Leiters können einseitig oder doppelseitig lebende Klebepads verwendet werden. Da sowohl der Sensor bzw. das Sensorfeld als auch der Folienstreifen nicht frei im Raum beweglich sind, sondern gemeinsam auf einem Trägermaterial angeordnet sind, liegen aufzunehmende Scherkräfte im niedrigen Bereich, so dass eine sichere Funktion gewährleistet ist.
Die vorgeschlagene Sensoranordnung ermöglicht ein passives Verfahren zur Anwesenheitserkennung. Der Sensor stellt keine Antenne dar, deren Antennensignal von beispielsweise 56 bis 100 kHz durch die zu erfassende Anwesenheit eines Gegenstandes gestört wird, wie dies für andere Sensoranordnungen aus der Praxis bekannt ist, sondern der zu erfassende Gegenstand stört die periodisch auf- und abgebaute Kapazität des Sensors, wobei dies mit einer vergleichsweise geringen Frequenz von beispielsweise 20 bis 50 Hz erfolgen kann. Änderungen der Kapazität können automatisch elektronisch erfasst werden und werden zur Bewegungserkennung ausgewertet.
In den vorhergehenden Erläuterungen der Erfindung wurde von einer mehrkanaligen Ausführung insofern ausgegangen, als durch die Abfolge 1-2-3-4 bzw. 4-3-2-1, in welcher eine Beispiels-Anordnung von vier separaten Sensoren die Anwesenheit eines Gegenstandes - wie z. B. die Hand eines Benutzers - erfasst, eine Richtungserkennung möglich ist.
Im Normalfall ist also mindestens eine 2-kanlaige Ausführung notwendig, damit eine Richtung erkannt werden kann, denn die Betätigungs- bzw. Aktivierungs-Abfolge „1 - 2“ zweier separater Sensoren kann in einer Auswertungsschaltung automatisch von der Abfolge „2 - 1“ unterschieden werden.
Es kann jedoch alternativ dazu auch eine einkanalige Version der vorschlagsgemäßen Sensoranordnung vorgesehen sein, die ebenfalls eine Richtungserkennung ermöglicht. Ausgehend von den nebeneinander liegenden Sensoren, die gemeinsam eine Sensorfläche bilden, wie dies bei der erläuterten mehrkanaligen Sensoranordnung vorgesehen ist und wobei jeder einzelne Sensor einen Kanal darstellt, kann die Sensoranordnung zu einer kammartigen Struktur weiterentwickelt werden. Dementsprechend wechseln sich auch bei einer solchen Anordnung die „Zinken“ einer solchen Struktur, also Abschnitte des einen Sensors, und freie Flächen ab, allerdings sind die Abschnitte des Sensors untereinander an ihrem einen Ende als ein einziger Kanal miteinander verbunden und bilden die Sensorfläche aus einem einzigen Sensor.
Mit einer derartigen Anordnung kann schon beim gleichmäßigen Herüberstreichen ein elektrisches Muster erzeugt werden, nämlich in Form mehrerer Rechteck-Signale, die auf einer Linie liegen. Sind die einzelnen Abschnitte - also die „Zinken“ des „Kamms“ - identisch groß, ergibt sich zwar eine Taktung der Signale, aber eine Bewegungsrichtung kann ebensowenig erkannt werden wie eine Bewegungs- bzw. Richtungsumkehr.
Wenn jedoch die Abschnitte der einkanaligen Sensoranordnung derart gestaltet sind, dass die Breite von Abschnitt zu Abschnitt zunimmt, können mittels einer gleichmäßigen Bewegung unterschiedliche breite Rechteck-Signale auf der erwähnten Linie erzeugt werden. Vergrößert sich die Signalbreite von Abschnitt zu Abschnitt, so kann automatisch ausgewertet werden, dass man sich in Richtung der breiteren Sensor-Abschnitte bewegt, während bei kürzer werdenden Signalen eine umgekehrte Bewegung in der Gegenrichtung erfolgt.
So kann bei inkrementellem Flächenzuwachs der Abschnitte, trotz nur einkanaliger Detektion der Sensorsignale, die Bewegungsrichtung automatisch erkannt werden. Wenn auch die Freiflächen zwischen den einzelnen Abschnitten dieser einkanaligen Sensoranordnung inkrementiert sind, kann sogar zusätzlich zu der Bewegungsrichtung auch noch die Betätigungsbreite erkannt werden, z. B. Finger oder Hand eines Benutzers.
Ein großer Vorteil einer einkanaligen Ausgestaltung der Sensoranordnung liegt darin, dass eine dementsprechend einkanalige automatische Auswertung, z. B. mittels einer elektronischen Auswertungsschaltung, deutlich einfacher zu verwirklichen ist, beispielsweise deutlich einfacher zu programmieren ist, als die Auswertung für eine mehrkanalige Sensoranordnung.
Bei einer einkanaligen Auslegung der Sensoranordnung ist zwischen den Aktivierungen benachbarter einzelnen Abschnitte stets eine Deaktivierung des jeweils vorhergehenden Abschnitts sicherzustellen. Das bedeutet, dass die Abschnitte - also die Zinken der kammartigen Sensor-Struktur - einen ausreichenden Abstand voneinander haben müssen. Ob der Abstand ausreichend ist, wird auch durch die Größe des zur Aktivierung der Sensorfläche vorgesehenen Betätigers bestimmt, nämlich durch dessen „Wirkungsbreite“. Beispielsweise kann als Betätiger nicht ein eigens vorgesehener Gegenstand verwendet werden, sondern ein Körperteil eines Anwenders verwendetet werden, wobei z. B. eine Hand oder ein Finger eines Benutzers unterschiedliche Wirkungsbreiten aufweisen können, und wobei unterschiedliche Wirkungsbreiten dadurch erzielt werden können, ob die Handfläche flach liegend oder hochkant ausgerichtet ist.
Kann der Betätiger benachbarte Abschnitte des einkanaligen Sensors überbrücken, ist gegebenenfalls keine ausreichende Unterbrechung der Sensor-Aktivierung möglich, um klar voneinander unterscheidbare Sensorsignale zu erhalten, die automatisch ausgewertet werden können. Das bedeutet, das möglicherweise bei einer Sensorbetätigung mit einem, und ggf. auch noch mit zwei Fingern eine Funktion gegeben ist, bei Betätigung mit der flachen Hand jedoch nicht mehr. Die flache Hand würde über den Verlauf der gesamten Bewegung hinweg nur ein durchgehendes, ggf. leicht welliges Signal erzeugen. Bei einer passenden Dimensionierung der Sensor-Abschnitte und ihrer Abstände zueinander lassen sich zusätzlich noch Bewegungen eines einzelnen Fingers, zweier Finger oder der gesamten Handfläche voneinander unterscheiden.
Durch den leitfähigen Lack auf einer Folie ist es möglich, sowohl transparente als auch extrem dünne Sensorflächen herzustellen. Durch den weiter oben erläuterten mehrlagigen Lack-Auftrag mit dazwischen befindlichen Isolierschichten kann die Wirksamkeit des Sensors selektiv auf nur eine Seite begrenzt werden. So kann direkt unterschieden werden, von welcher Seite eine Betätigung des Sensors erfolgt, selbst bei einer Folie, welche lediglich die Dicke eines Blatt Papieres aufweist.
Bei dickeren transluzenten oder transparenten Lackschichten kann vorgesehen sein, nicht nur Licht in Richtung der Flächennormalen durch die Fläche zu leiten, sondern auch in der Schichtebene. Eine Anwendung dieses Vorschlags kann z. B. bei einer Tischkante vorgesehen sein, die 16 mm stark ist. Ein mittiger Sägeschlitz von 6 mm Stärke nimmt die Elektronik und den transparenten, zweiseitig differenzierenden Touchsensor auf, sowie eine LED als Leuchtmittel. Der Touchsensor kann zur Höhenverstellung der Tischplatte und / oder zur Steuerung einer Tischleuchte dienen. Der transparente, farblose oder farbige Lack dient als Lichtleiter, so dass in der Tischkante die Stelle markiert ist, wo sich der Sensor befindet, um dem Benutzer die Bedienung des Sensors zu erleichtern. Alle andere ist im „Sandwich“ der Arbeitsplatte. Je nachdem, wie gut sichtbar oder wie unauffällig diese Markierung ausgestaltet sein soll, kann die Helligkeit und auch die Schichtdicke der Lackschicht gewählt sein, z. B. kann sie wenigstens 0,5 mm betragen, z. B. 1 mm oder mehr.
Die beschriebene Licht-Markierung stellt eine zusätzliche Funktion dar, zwar in der Sensoranordnung verwirklicht ist, die jedoch nur mittelbar und nicht unmittelbar mit der Wirkung des Sensors bzw. Sensorfeldes zu tun hat. Dementsprechend kann die Möglichkeit, durch den Sensor auch optische Signale abgeben zu können, auch zu anderen Zwecken genutzt werden. Beispielsweise kann ein so ausgestatteter Tisch neben einer Funktionsanzeige bei Fahrt (Farbumschlag der LED zwischen einem Ruhemodus und dem Bewegungsmodus, wenn die Tischplatte motorisch in der Höhe verstellt wird) auch anzeigen, ob der Tisch in einem Gemeinschafts-Arbeits- oder Laserraum momentan belegt oder reserviert ist oder frei verfügbar ist. Auch eine Störungsanzeige ist möglich, beispielsweise durch eine entsprechende Farbe oder ein Blinksignal des Lichts, beispielsweise falls die motorische Verstellung durch ein mechanisches Hindernis oder durch einen Motordefekt beeinträchtigt ist oder dergleichen.
Integration eines Erschütterungs-/G-Sensors (hat zwar nichts mit der Touchgeste zu tun, ist aber auf der Elektronik leicht integrierbar)
Ebenfalls unabhängig von der eigentlichen Funktion des Sensors, jedoch mit geringem Aufwand elektronisch integrierbar, kann vorteilhaft die Sensoranordnung einen Erschütterungssensor aufweisen, der beispielsweise als Beschleunigungs oder Gyros-Sensor ausgestaltet sein kann. Mittels eines solchen Sensors kann beispielsweise die Anwesenheit einer Person am Tisch erfasst und anschließend signalisiert oder registriert werden, denn eine arbeitende Person erzeugt Beschleunigungen, im Unterschied zu einem ruhenden Tisch. Dementsprechend kann beispielsweise die Anwesenheit am Arbeitsplatz erfasst werden, ohne umständlich eine Einrichtung zur Zeiterfassung bedienen zu müssen, oder es können außerhalb der vorgesehenen Arbeitszeiten unbefugte Zugriffe auf einen Arbeitsplatz, beispielsweise durch Einbrecher, automatisch erfasst werden.
Wenn eine bidirektionale Funkverbindung an die Sensoranordnung optional anschliessbar ist, kann dies zur Anzeige der Belegung eines Arbeitsplatzes genutzt werden. Beispielsweise kann in diesem Fall ein Arbeitsplatz aus der Ferne reserviert werden und diese Reservierung und am Tisch signalisiert werden. Das entspricht den Anforderungen bei modernen Großraumbüros, wo aufgrund von Urlaub, Krankheit, Schichtbetrieb und der Standardisierung der Arbeitsplätze die Anzahl der eingerichteten Arbeitsplätze geringer sein kann als die Anzahl der beschäftigten Mitarbeiter.
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Lacks als Sensorfläche z.B. eines kapazitiven Sensors, wobei der Lack mit einer Auswertungs- bzw. Steuerungselektronik verbunden ist und daher als „Sensorlack“ oder als „Smart Coating“ bezeichnet werden kann.
Der Lack kann Inhaltsstoffe aufweisen, die ihn undurchlässig für Licht machen. Beispielsweise können dementsprechende Farbpigmente im Lack enthalten sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Lack allerdings nicht nur lichtdurchlässig „transluzent“ ausgestaltet, sondern sogar durchsichtig „transparent“. Insbesondere ist vorteilhaft vorgesehen, dass der transparente Lack farblos transparent ist. Dies eröffnet die Möglichkeit, den Lack auf Gegenständen aufzutragen, ohne deren optisches Erscheinungsbild zu verändern. Anwendungsbeispiele können die Lackierung von Holz oder Naturstein sein, wobei die natürliche Maserung sichtbar bleibt.
Der vorschlagsgemäß vorgesehene Lack kann durch eine zusätzliche äußere Beschichtung geschützt werden, die als Topcoat bezeichnet wird und besonders vorteilhaft ebenfalls transparent sein kann. Beispielsweise kann der Sensorlack durch ein abriebsfestes bzw. kratzfestes Topcoat geschützt werden, oder durch ein elastisches Topcoat, um den Sensorlack vor Brüchen oder Rissen zu schützen, wenn der Sensorlack auf ein dementsprechend flexibel verformbares Substrat aufgetragen ist.
Anstelle der erwähnten Beschichtung mittels eines Topcoats kann der Sensorlack auch durch eine anders ausgestaltete Schutzschicht mechanisch geschützt werden:

Bei der Möbelherstellung kann der Sensorlack beispielsweise unterhalb eines Furniers, einer Melaminharzbeschichtung oder dergleichen angeordnet werden.
Glasscheiben können mehrschichtig ausgestaltet sein, wobei der Sensorlack zwischen zwei äußeren Deckschichten vorgesehen ist.
Der Sensorlack kann auf eine dünne Glasscheibe oder auf eine Kunststofffolie auflackiert werden, und anschließend auf einem Trägerkörper so angebracht werden, dass die Glasscheibe bzw. Kunststofffolie den Sensorlack nach außen abdeckt.

Smart Coatings sind intelligente, leitfähige transparente Beschichtungen, welche allein oder zusätzlich mit anderen Beschichtungen eingesetzt werden können. Sie können deshalb auch unter anderen Lackschichten eingesetzt werden.
Das Lacksystem besitzt eine hohe Leitfähigkeit und eine sehr gute optische Transparenz.
Das Lacksystem ermöglicht durch seine hohe unverfälschte (farblos) Transparenz Anwendungen in der Glasverarbeitung. Beispielsweise können Sensorflächen auf Glasscheiben geschaffen werden. Durch die Ausgestaltung als kapazitiver Sensor können Schalt- oder Steuerungsvorgänge ausgelöst werden, ohne die Glasscheiben berühren zu müssen.
Das Lacksystem kann jedoch auch lichtundurchlässig ausgestaltet sein, z.B. durch den Einsatz von Graphit, oder mit lichtundurchlässigen Schichten verwendet werden, bei denen deren optische Erkennbarkeit nicht im Vordergrund steht, wie z.B. Platinen. Ein Vorteil der Verwendung des elektrisch leitfähigen Lacks im Vergleich zur Verwendung einer anderen elektrisch leitfähigen Fläche als Sensorfläche besteht völlig unabhängig von den optischen Eigenschaften des Lacks darin, dass der Lack problemlos und in einer sehr geringen Schichtdicke auf nahezu beliebige Körper aufgebracht werden kann. Erste Versuche haben gezeigt, dass bei einer Schichtdicke von lediglich 2 - 20 µm der Sensorlack zuverlässig die elektrisch leitfähigen Eigenschaften über die gesamte lackierte Fläche hinweg sicherstellt und dementsprechend als Sensorfläche nutzbar ist.
Ein erster Vorteil, die Sensorfläche in Form einer Lackierung zu schaffen, liegt darin, dass etablierte und verbreitete Lackierverfahren wie Pinseln, Rollen, Rakeln, Sprühen oder eine Rotationsapplikation unverändert Anwendung finden können, was die Nutzung vorhandener Einrichtungen ermöglicht, z.B. vorhandener Lackieranlagen. Auch kann der Sensorlack mittels unterschiedlicher Druckverfahren aufgetragen werden, z.B. mittels Digitaldruck, ähnlich wie dies von Tintenstrahldruckern bekannt ist.
Ein zweiter Vorteil, die Sensorfläche in Form einer Lackierung zu schaffen, liegt darin, dass Körper mit nahezu beliebiger, insbesondere auch dreidimensionaler Oberflächengeometrie problemlos lackiert werden können, bei denen die Aufbringung z.B. einer Folie als Sensorfläche aufgrund von Faltenbildungen kompliziert oder unmöglich wäre.
Ein dritter Vorteil, die Sensorfläche in Form einer Lackierung zu schaffen, liegt darin, dass aufgrund der äußerst geringen Schichtdicke die Sensorfläche an einem Körper angebracht werden kann, wo andernfalls ggf. eine Aussparung in dem Körper vorgesehen werden müsste, um eine Sensor, ggf. mit einer zusätzlichen Klebstoffschicht, aufzunehmen und einen möglichst mündigen Abschluss der Sensorfläche mit einer umgebenden Fläche des Körpers zu ermöglichen.
Als Trägerkörper kommen nicht nur Körper in Frage, die nicht elektrisch leitfähig sind. Vielmehr kann es auch sinnvoll sein, den Lack auf einen metallischen Untergrund aufzutragen. Der Sensorlack ermöglicht einerseits, wie das Metall selbst, dass eine statische Aufladung verhindert wird, bietet aber zusätzlich einen definierten Ableitwiderstand. Das kann beispielsweise in Art einer Schutzfunktion für die an den Sensorlack anzuschließende Elektronik vorteilhaft sein kann oder für eine den Sensor betätigende Person.
Weiterhin kann bei einer Lackierung metallischer Körper vorgesehen sein, zunächst eine Isolation auf dem metallischen Substrat anzubringen, z.B. je nach Formgebung des Körpers eine nicht leitfähige Lackierung, eine isolierende Folie oder dergleichen. In diesem Fall wird der Sensorlack nicht auf den metallischen Körper, sondern auf die Isolierschicht aufgetragen, so dass ein Sensor in Art eines Kondensators geschaffen werden kann.
Mit dem Lacksystem lassen sich Sensorschichten (kapazitive Sensorelektrode) oder Antennen herstellen, die aufgrund ihrer geringen Schichtdicke unter anderen Schichten, und insbesondere bei Verwendung eines transparenten Lacks unsichtbar sind. Insbesondere für Antennen kann der Lack nicht als geschlossene Fläche, sondern in Art eines Musters aufgetragen werden, beispielsweise in Form einer Spirale oder dergleichen, um auf einer vergleichsweise kleinen Fläche eine vergleichsweise große wirksame Antennenlänge zu schaffen. In Kombination mit einer passenden Auswertelektronik / Software kann eine Berührung oder eine Annährung erkannt und eine Aktion initiiert werden, z.B. ein Schaltvorgang ausgelöst werden.
Die Smart Coatings können hinter und unter Objekten angebracht werden, da sie einen vorteilhaft großen Erfassungsbereich des Sensors ermöglichen. So ist es möglich, elektromagnetische oder kapazitive Änderungen durch Objekte hindurch zu detektieren, beispielsweise durch Schichtdicken von 10 cm in Holz oder Stein hindurch.
Smart Coatings ermöglichen, jeder nichtleitenden passiven Fläche eine unsichtbare Leitfähigkeit zu verleihen, wodurch Sensor- oder Antennenfunktionen ermöglicht werden.
Das Lacksystem ist durch Lackierung oder Bedruckung nahezu universell anwendbar d. h. für nahezu jede Oberfläche geeignet, z.B. Holz, Glas, Metall, Kunststoff, Papier und Pappe, Leder, Textilien, Keramik, Stein und dergleichen.
Durch Beimischungen im Lack können dessen Eigenschaften verändert werden, beispielsweise können Weichmacher zugemischt werden, um dem Lack eine höhere Flexibilität zu verleihen, so dass er auch auf einem flexibel verformbaren Substrat verwendet werden kann, bzw. kleinere Biegeradien des Lacks ermöglicht werden, ohne dass dieser bricht oder reißt. Oder es können dem Lack Zuschlagstoffe beigemischt sein, die seine UV-Härtung ermöglichen, so dass er in industriellen Anwendungen problemlos verarbeitet werden kann, nämlich nach dem Auftragen mithilfe von UV-Lampen schnell getrocknet werden kann, so dass dann das entsprechende Bauteil unverzüglich weiter behandelt bzw. bearbeitet werden kann.
Das Lacksystem lässt sich auf jeder Oberfläche völlig zerstörungsfrei integrieren und individuell platzieren.
Durch zwei Sensorflächen, die durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind, kann die Richtung erfasst werden, aus welcher sich ein Gegenstand an den Sensor annähert. Beispielsweise kann dies genutzt werden, um eine Gestensteuerung zu ermöglichen. Ein anderes Anwendungsbeispiel betrifft die Höhenverstellung einer elektromotorisch verstellbaren Tischplatte. Die beiden Sensorflächen sind übereinander angeordnet, wobei entweder ein sandwichartiges Sensor-Bauteil verwendet wird, das aus den beiden Sensorflächen und der dazwischen angeordneten Isolierschicht besteht, oder die Tischplatte kann auf ihrer Oberseite und auf ihrer Unterseite mit dem Sensorlack versehen sein und selbst die Isolierschicht bilden.
Wenn ein Benutzer seine Hand von oben an die Tischplatte annähert, kann die Tischplatte, dem virtuellen „Druck“ folgend, motorisch abgesenkt werden, und umgekehrt kann durch Annäherung von unten die Tischplatte dementsprechend angehoben werden. Dabei kann die Ausgestaltung der beiden Sensorflächen auf einen vergleichsweise kleinen Abschnitt der gesamten Tischfläche beschränkt sein. Um Fehlbedienungen bzw. unerwünschte Auslösungen der motorischen Verstellung zu vermeiden, kommt der elektronischen Auswertung der Sensorsignale eine große Bedeutung zu. Beispielsweise können, ähnlich wie dies im akustischen Bereich von Klopfzeichen bekannt ist, Berührungen in einer bestimmten Abfolge erforderlich sein, um die Höhenverstellung der Tischplatte auszulösen. Eine besonders intuitive Art der Bedienung kann darin liegen, dass der Benutzer die Kante der Tischplatte mit einer Hand umfasst.
Dabei ist vorgesehen, dass zunächst die Handfläche auf die Tischplatte gelegt wird, wenn die Tischplatte abgesenkt werden soll bzw. von unten an die Tischplatte angelegt wird, wenn die Tischplatte angehoben werden soll. Erst wenn anschließend der Daumen an die gegenüberliegende Seite der Tischplatte angenähert bzw. dieser Seite angelegt und ein entsprechendes Sensorsignal erzeugt wird, erfolgt daraufhin die Ansteuerung des Elektromotors. Gegenstände auf der Tischplatte abzulegen oder die Tischplatte von oben mit Händen, Unterarmen oder dergleichen zu berühren, führt bei dieser Ausgestaltung der elektronischen Steuerung nicht zu ungewollten Höhenvorstellungen der Tischplatte.
Rein beispielhaft werden nachfolgend einige Anwendungsfelder für die Smart Coatings bzw. den Sensorlack aufgezählt:

• Steuerung von höhenverstellbaren Elementen, Antriebssysteme (z. B. Küchen, Arbeitsplatten, Tische, Stühle, Rollläden, Betten).
• Steuerung von Leuchten (ein/aus, Helligkeit, Farbe, Farbtemperatur). Während herkömmliche Bedienelemente stets außerhalb der Fläche angeordnet sein muss, wo das Licht aus der Leuchte austritt, kann bei Verwendung eines transparenten Lacks das Bedienelement der Leuchte im Bereich dieses Lichtaustritts liegen, ohne die Lichtwirkung zu beeinflussen. Hierdurch ergeben sich sehr große konstruktive Freiheiten für die Ausgestaltung der Leuchte. Bei Verwendung eines transluzenten Lacks oder eines transluzenten Trägers für den Lack, z.B. einer transluzenten Trägerfolie, kann dies einen ansonsten verwendeten Lampenschirm ersetzen und daher ebenfalls im Bereich des Lichtaustritts positioniert werden.
• Jede Art von Sensoren, kapazitive Touchsensoren (Tasten, Schalter), Näherungssensorik, Feuchtigkeit, Temperatur, Druck, etc.. Der elektrisch leitfähige Lack kann nämlich auch zur Kontaktierung anderer Materialien dienen, die ihrerseits selbst die elektrischen Signale liefern.
• Gestensteuerung ohne optische Erfassung, indem der Sensor einerseits als Näherungssensor genutzt wird und zudem die Veränderung der Position des angenäherten Gegenstandes, z.B. einer menschlichen Hand, erfasst und ausgewertet wird.
• Türklingel, die per Kontakt oder kontaktlos betätigt wird, wobei der Lack außen auf einem vorhandenen Körper, z.B. einer Wand, einem Türblatt, einem Türrahmen oder dergleichen angeordnet sein kann oder hinter einem vorhandenen Körper, beispielsweise einem Wandelement, einem Namensschild oder dergleichen.
• Druckbare Elektronik, z.B. in Form von Leiterbahnen, Sensorflächen oder Antennen, die mittels des Lacks unsichtbar auf einem Trägerkörper verlaufen können.
• Steuerung und Regelung von Licht (Intensität, Helligkeit und Farbe bzw. Farbtemperatur), Musik und TV (Lautstärke, Senderwahl), Fenstern (Öffnen / Schließen, Verdunkelung elektrochromer Scheiben), Rollläden (Schränke im Innenraum, außen vor einem Fenster), Markisen, Temperatur (Klimageräte, Heizungssteuerung), Luftfeuchtigkeit (Klimageräte, Luftbefeuchter)
• Füllstandsensoren zur Füllstands- bzw. Volumenmessung, zum Beispiel durch zwei getrennt voneinander und nebeneinander aufrecht verlaufende, lackierte Streifen als elektrische Leiter, die einen Sensor bilden und durch eine Flüssigkeit miteinander verbunden werden, wobei sich je nach Flüssigkeitspegel die Sensorsignale ändern, z.B. in Form des elektrischen Widerstandes zwischen den beiden elektrischen Leitern.
• Slider bzw. Schieberegler, wobei ein Kontakt mit der Sensorfläche vorgesehen ist. Ein solcher Slider kann z. B. für eine Dimmfunktion einer Leuchte verwendet werden. Beispielsweise kann eine lineare Leuchte vorgesehen sein, die z. B. als LED-Streifen ausgestaltet ist. Eine transparente Abdeckung ist mit dem Lack beschichtet, entweder direkt, oder indem der Lack auf eine Folie aufgebracht ist und diese leitfähig gemachte Folie vom Hersteller der Leuchte als Abdeckung verwendet wird oder auf die ohnehin vorgesehene Abdeckung aufgeklebt wird. Die Oberfläche der Abdeckung kann nun als Sensorfläche genutzt werden, so dass ein Benutzer sie berühren oder an ihr entlang streichen und das Licht auf diese Weise beeinflussen kann. Dies ermöglicht eine sehr intuitive Betätigung der Leuchte, ohne dass ein Bedienelement sichtbar ist. Durch das „Streichen, Wischen etc..“, auch als „Swipen“ bezeichnet, kann die Helligkeit der Leuchte wie bei einem Schieberegler gedimmt werden. Die Länge der Oberfläche kann beispielsweise vollständig ausgenutzt werden, um dem Dimmbereich von 0-100% zu entsprechen. Die Leuchte kann dadurch ausgeschaltet werden, dass sie auf 0 % herabgedimmt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass durch kurze Berührungen, ähnlich wie ein Antippen oder Klopfen, die Leuchte ein- und ausgeschaltet werden kann, während durch die Wischbewegungen die Helligkeit gedimmt wird. Weiterhin können an den beiden gegenüberliegenden Längsrändern der Abdeckung zwei voneinander getrennte Lackstreifen als Sensoren vorgesehen sein. Während der eine Sensor wie beschrieben für die Dimmfunktion genutzt wird, kann der andere Sensor dazu dienen, die Farbtemperatur des LED-Streifens zu beeinflussen und beispielsweise praktisch stufenlos zwischen einem kaltweißen Arbeitslicht und einem warmweißen Atmosphärenlicht einzustellen.
• Personenüberwachung, Ortung von Menschen (Krankenhäuser, öffentliche Gebäude)
• Sturzmatten mit integrierten Sensoren, wobei der Sensorlack beispielsweise unmittelbar oder mittels einer als Trägerkörper dienenden Folie unter einer Fußmatte, einem Teppich oder einer ähnlichen Bodenauflage, oder unter dem eigentlichen Bodenbelag wie z.B. einem Laminat angeordnet sein kann.
• Im Kfz-Bereich, z.B. beim Car-Sharing, Mietwagen oder dergleichen kann der Lack als Matrix aus einzelnen kleineren Abschnitten auf einem größeren Bauteil bzw. einer größeren Karosseriefläche auflackiert sein, wobei die einzelnen Bereiche separat mit der Elektronik kontaktiert sind. Mittels der Sensoreigenschaften können Kollisionen oder Zerstörungen der Oberflächen nachgewiesen werden. Durch Verknüpfung mit einer im Kfz ohnehin vorhandenen Zeitbasis oder ggf. durch ein eigenes Zeitmodul der an den Lack angeschlossenen Elektronik kann auch der Zeitpunkt des betreffenden Ereignisses bestimmt werden, so dass beispielsweise dieses Ereignis einem bestimmten Nutzer zugeordnet werden kann. Die Signalauswertung wird nach Erfahrungen aus der Praxis bzw. aus praktischen Versuchen zur Unterscheidung genutzt, ob eine einfache Berührung oder ein schädigender Kontakt erfolgt ist. Die Meldung der Sensorsignale kann ggf. unmittelbar an den Vermieter/Betreiber des Kfz erfolgen, so dass nach Rückgabe des Fahrzeugs eine Schadensaufnahme erfolgen kann
• Einbau in lichtdurchlässige Objekte, so dass die Lichtaustrittsfläche zum Bedienelement wird
• Bewegungssensor, wobei die Bewegungs-Richtungen erfasst werden, allerdings ohne die Berührung der Sensorfläche, wie sie bei dem oben genannten Slider vorgesehen ist
• Einbruchsicherheit, wobei die Sensorik als unsichtbare Zwischenschicht im Glas (Fenster, Türen) integriert sein kann oder auf der Vorder- oder der Rückseite von durchsichtigen oder undurchsichtigen Flächen (Türblatt, Wandfläche, Fußoden, Treppenstufen) auflackiert sein kann. Ähnlich wie oben für den Kfz-Anwendungsbereich beschrieben, werden mittels der Auswertungsschaltung anhand der Sensorsignale verschiedene Szenarien unterschieden. Wenn beispielsweise eine Glasscheibe mit dem Lack beschichtet ist und ein Loch in die Glasscheibe geschnitten wird, wird einerseits in Art des Näherungssensor die Annäherung an den Sensor erfasst und kann ggf. gemeldet werden. Nachdem das Loch geschnitten ist, ist die verbleibende, umgebende Sensorfläche, die mit der Elektronik in Kontakt steht, geringer als ursprünglich, so dass sich die kapazitiven Eigenschaften geändert haben, was ebenfalls zur Alarmierung führen kann. Dasselbe gilt, wenn die mit der Elektronik verbundene Sensorfläche durch Glasbruch verringert worden ist.

Stichwortartig können folgende Eigenschaften und Vorteile genannt werden:

• Hohe optische Transparenz (bis zu 98% bei dünnen Schichten) bei hoher elektrischer Leitfähigkeit
• Hohe Unsichtbarkeit der Sensorik oder Antenne in Glasapplikationen
• Universell anwendbar (komplexe Geometrien)
• Kann jeder nichtleitenden Oberfläche eine Sensor- oder Antennenfunktion verleihen
• Elegante Oberflächen und Designs können mit unsichtbaren Funktionalitäten ausgestattet werden (Schaltflächen, Näherungssensorik, etc.)
• Einfache und zerstörungsfreie Integration der Sensorik
• Einfache Verarbeitung (Spritz- und Tauchlackierung, Rakeln, Drucken)
• Einfache Abstimmung der Sensitivität (Oberflächenwiderstand / Programmierung der Elektronik)
• Als vorkonfektionierte Folienanwendung, wobei eine transparente Folie mit dem transparenten Sensorlack versehen ist, als Halbzeug für einen Kunden verfügbar, z. B. einen Gerätehersteller. Smarte Funktionen können vom Kunden individuell verwirklicht werden.
• Eine Elektronik kann selbst auf einer mit dem Lacksystem beschichteten Fläche direkt leitend verklebt sein. Dadurch sind Anschlussdrähte vermeidbar und es entstehen kompakte Funktionseinheiten
• Neuartige Eigenschaften für Mensch-Maschine-Interfaces, beispielsweise betreffend die erwähnte elektromotorische Höhenverstellung einer Tischplatte.

Einerseits ist der leitfähige Lack und andererseits die Kombination dieses Lackes mit einer Elektronik vorteilhaft. Ziel der Kombination ist es, die Elektronik direkt mit dem Lack zu verbinden. Sei es leitfähig verklebt oder auf andere Art und Weise. In jedem Fall soll daraus eine untrennbare Einheit geschaffen werden, der Vorteil die einfache Applikation in einen Fertigungs- oder Nachrüstungsprozess ist. Der Verzicht auf Verbindungsleitungen zwischen Elektronik aktiver Fläche könnte hier ein Kriterium sein. Ist evtl. auch als Integration aufzufassen.
Der Lack kann grundsätzlich in verschiedenen Leitfähigkeiten und Transparenzen hergestellt werden. Er kann auch mit verschiedenen Trocknungen / Aushärtungen versehen werden. Klassisch verdampft ein Lösemittel. Chlorkohlenwasserstoffe sind nicht beliebt oder sogar verboten. Deshalb wird häufig auch Wasser als Lösemittel verwendet. Nachteil ist eine schlechtere Verdampfung durch rel. hohen Siedepunkt und evtl. chem. Reaktion mit dem Objekt. Deshalb gibt es neben mehrkomponentigen Lacken auch eine Aushärtung mittels UV-Licht. Bei ausreichender Intensität (Schicht ist ja nur dünn) erfolgt eine Aushärtung fast in „Echtzeit“.
Implizit geht man immer von einer homogenen Lackschicht aus, weil die flüssige Phase und die Verwirbelung während der Beschichtung dies nahe legt. So wäre der Lack in jeder Raumrichtung leitfähig. In der Fläche, als auch durch die Fläche. Hier kommt aber als weiteres Alleinstellungsmerkmal eine Trennung in Schichten während Trocknungsprozess zum Tragen.
Eine Ausbildung von Layern ist Teil des Trocknungsprozesses. Die elektrisch leitenden „Pigmente“ konzentrieren sich in einer mittleren Schicht, so das sich zum beschichteten Material hin und zur Außenfläche keine wirkliche Leitfähigkeit einstellt.
Ein Stromfluss ist so nur noch innerhalb der Flächenebene möglich, nicht jedoch von außen auf das Objekt. Somit sind auch metallisch leitfähige Stoffe sinnvoll, in einem Schritt, nutzbar und in ihrer Schicht leitfähig herzustellen. Die Eigenschaft definierte, vom metallischen Objekt abweichende Ableitfähigkeiten bis hin zur Isolation herzustellen bleibt zudem auch bestehen (z.B. bei homogen aushärtendem Lack). Man kontaktiert die leitfähige aber eingebettete Schicht.
Anhand der rein schematischen Darstellungen wird der vorliegende Vorschlag nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt

1 eine Draufsicht auf ein Sensorfeld sowie eine eingezeichnete Bewegung eines von den Sensoren erfassten Gegenstandes,
2 eine grafische Darstellung der über die Zeit aufgetragenen Sensorsignale der Sensoren von 1,
3 bis 8 Draufsichten auf unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Sensorfeldern und der jeweils erfassten Bewegungen, und die
9 und 10 jeweils eine Draufsicht auf ein Sensorfeld, welches durch einen einzigen, einkanalig auswertbaren Sensor gebildet ist, sowie die zugehörigen erhaltenen Sensorsignale bei Betätigung des Sensors in zwei unterschiedlichen Bewegungsrichtungen.

In 1 sind vier einzelne Sensoren von links nach rechts mit den Bezugsziffern 1 bis 4 gekennzeichnet. Die Sensoren 1 bis 4 bilden gemeinsam ein Sensorfeld 5, welches mit einer Auswertungsschaltung verbunden ist. Ein Gegenstand wird in einer geradlinigen Bewegung von rechts nach links über das Sensorfeld geführt, entsprechend dem in 1 eingezeichneten Pfeil. Dementsprechend wird der Gegenstand nach und nach zunächst vom vierten Sensor 4, dann vom dritten Sensor 3, nachfolgend vom zweiten Sensor 2 und schließlich vom ersten Sensor 1 erfasst. Wenn sich der Gegenstand zwischen zwei benachbarten Sensoren befindet, wird die Anwesenheit des Gegenstandes von beiden benachbarten Sensoren erfasst, da der Abstand zwischen zwei benachbarten Sensoren ausreichend gering gewählt ist.
2 zeigt ein Auswertungsdiagramm der Sensorsignale der Sensoren 1 bis 4 von 1. Dabei sind mit den Ziffern 1 bis 4 nicht die Sensoren selbst bezeichnet, sondern vielmehr die Signalverläufe, die diesen jeweiligen Sensoren zugeordnet sind. Vertikal ist die Signalstärke aufgetragen, und horizontal der Signalverlauf über die Zeit. Es ist ersichtlich, dass nach und nach die Sensoren in absteigender Nummerierung, beginnend mit dem vierten Sensor 4, ein Erfassungssignal ausgeben, und dass sich diese Signale geringfügig überschneiden, wenn nämlich jeweils zwei benachbarte Sensoren 1, 2, 3 und 4 gleichzeitig die Anwesenheit des erfassten Gegenstandes signalisieren.
3 zeigt ein Sensorfeld 5, welches dem von 1 entspricht, wobei anhand des Doppelpfeils verdeutlicht ist, dass Bewegungen in zwei entgegengesetzten Richtungen mit diesem Sensorfeld 5 erfasst werden können. Zusätzlich zu der Bewegungsrichtung kann auch die Bewegungsgeschwindigkeit ausgewertet werden, so dass beispielsweise zugunsten einer für den Benutzer möglichst einfachen Bedienbarkeit des Sensorfeldes 5 recht grob zwischen einer langsamen und einer schnellen Bewegung unterschieden werden kann, auch wenn technisch eine feinere Auflösung der Geschwindigkeit mit mehreren unterschiedlichen Geschwindigkeitsstufen möglich wäre.
4 zeigt eine Sensoranordnung, bei der das Sensorfeld 5 aus vier jeweils quadratischen und im Quadrat angeordneten einzelnen Sensoren 1 bis 4 gebildet ist. Sowohl die einzelnen Sensoren 1 bis 4 als auch das gesamte Sensorfeld 5 ist dabei derart ausgerichtet, dass die jeweiligen Kanten quer zur jeweils vorgesehenen Bewegungsrichtung liegen. Es können horizontale und vertikale Bewegungen in jeweils beiden Richtungen erfasst werden. Dabei werden jeweils zwei unterschiedliche Situationen erfasst, da jeweils zunächst zwei erste und anschließend zwei zweite Sensoren betätigt werden.
5 zeigt eine von 4 verschiedene Sensoranordnung, wobei jedoch dasselbe Sensorfeld 5 wie in 4 benutzt werden kann, jedoch die Ausrichtung der einzelnen Sensoren 1 bis 4 und des gesamten Sensorfeldes 5 verändert ist. Bezogen auf die Richtung der zu erfassende Bewegung sind die Kanten der Sensoren 1 bis 4 und des Sensorfeldes 5 nicht quer zu der jeweiligen Bewegung ausgerichtet, sondern schräg dazu. Diese Ausrichtung des Sensorfeldes 5 zu den Bewegungsrichtungen wird als „Karo“-Ausrichtung des Sensorfeldes 5 bezeichnet. Zur Erfassung derselben horizontalen und vertikalen Bewegungen wie in 4 können bei der Sensoranordnung von 5 nicht nur zwei, sondern drei unterschiedliche Situationen erfasst und automatisch ausgewertet werden, da bei diesen Bewegungen zunächst nur ein Sensor, anschließend die beiden mittleren, und schließlich wieder nur ein Sensor aktiviert wird.
6 verdeutlicht für die Sensoranordnung von 5, dass auch eine Kreisbewegung, wahlweise im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn ausgeführt, erfasst werden kann.
Die 7 und 8 verdeutlichen, dass zur Erfassung der anhand von 5 und 6 erläuterten Bewegungen ein kreisrundes Sensorfeld 5 verwendet werden kann. Dadurch, dass im Vergleich zu einem Karo die Spitzen entfallen, kann das Sensorfeld 5 mit besonders kompakten Abmessungen verwirklicht werden. Dadurch, dass die Trennlinien zwischen den einzelnen Sensoren 1 bis 4 mit Bezug auf die vorgesehenen Bewegungsrichtungen diagonal verlaufen, kann mit wenigen einzelnen Sensoren 1 bis 4 eine gute Auflösung bei der automatischen Erfassung der jeweiligen Bewegungen erreicht werden.
In 9 ist oben ein Sensorfeld 5 dargestellt, welches nicht aus mehreren separaten Sensoren gebildet ist, sondern vielmehr durch einen einzigen Sensor 1. Der Sensor 1 weist eine annähernd Kamm-ähnliche Formgebung auf, mit einem durchgehenden Steg 6, von dem aus sich mehrere Sensorabschnitte 7 erstrecken, ähnlich wie die Zinken eines Kamms. Entlang dem Verlauf des Stegs 6 nimmt sowohl die die Breite der Sensorabschnitte 7 vom linken zum rechten Ende des Stegs 6 zu, und auch die Breite der Abstände, also von Zwischenräumen 8 zwischen jeweils zwei benachbarten Sensorabschnitten 7. Durch einen liegend angeordneten und nach rechts weisenden Pfeil ist in 9 angedeutet, dass die Betätigung des Sensors 1 mittels einer Swipe-Geste erfolgt, indem ein Betätigter in geringem Abstand von links nach rechts über den Sensor 1 bewegt wird. Aus dieser Bewegung resultieren digital zu lesende Sensorsignale, die unten in 9 dargestellt sind. Dabei ist die Signalstärke S in vertikaler Richtung aufgetragen und die Zeit t in horizontaler Richtung von links nach rechts. Entsprechend den unterschiedlichen Breiten der einzelnen Sensorabschnitte 7 ergeben sich unterschiedlich lang dauernde Sensorsignale. In dieser in 9 dargestellten Form werden die Sensorsignale aus der Sensor-Elektronik erhalten. Diese digitalen Signale können dann automatisch ausgewertet werden, wobei die unterschiedlichen Signal-und Pausen-Zeiten oder ihre Verhältnisse ausgewertet werden.
Bei der Betätigung des Sensors 1 entstehen typische Muster, die eine willentliche Betätigung des Sensors 1 erkennen lassen. Dabei kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass die Bewegung über die Sensorabschnitte 7 hinweg mit einer annähernd kontinuierlichen Geschwindigkeit erfolgt, oder dass die Bewegung über sämtliche Sensorabschnitte 7 hinweg erfolgt, oder dass nicht etwa ein kontinuierliches Sensorsignal vorliegt, sondern vielmehr zwischen den einzelnen Sensorsignalen Pausen vorliegen. Ist eines dieser Merkmale nicht gegeben, so kann beispielsweise von einer versehentlichen Betätigung des Sensors 1 ausgegangen werden. Wenn beispielsweise die Betätigung nicht mit einem Finger oder einer hochkant ausgerichteten Hand erfolgt, sondern mit der flachen Hand und dementsprechend die Zwischenräume 8 zwischen benachbarten Sensorabschnitten 7 überbrückt werden, werden keine Signalpausen erzeugt.
10 zeigt in einer Darstellung ähnlich 9 eine Betätigung desselben Sensors 1 in einer umgekehrten Betätigungsrichtung, wie durch den liegend dargestellten Pfeil oben in 10 angedeutet ist. Dementsprechend ergibt sich ein Signalverlauf, bei dem im Unterschied zu 9 die Dauer der einzelnen Sensorsignale mit der Zeit abnimmt. Dementsprechend kann auch bei einem Sensorfeld 5, welches nur einen einzigen Sensor 1 aufweist und daher einkanalig ausgewertet werden kann, die Erfassung unterschiedlicher Bewegungsrichtungen ermöglicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Erster Sensor
2: Zweiter Sensor
3: Dritter Sensor
4: Vierter Sensor
5: Sensorfeld
6: Steg
7: Sensorabschnitt
8: Zwischenraum

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

EP 2672369 A1 [0002]

Claims

Sensoranordnung, mit einer kapazitiven Sensorfläche, die aus einer elektrisch leitfähigen Lackschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorfeld (5), welches wenigstens zwei voneinander getrennte Sensoren (1, 2, 3, 4) oder voneinander beabstandete Sensorabschnitte (7) aufweist, an eine elektronischen Auswertungsschaltung angeschlossen ist, wobei die Auswertungsschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie eine über die beiden Sensoren (1, 2, 3, 4) oder Sensorabschnitte (7) hinweg geführte Bewegung erfasst und bei unterschiedlichen Bewegungen unterschiedliche Schaltsignale aussendet, und wobei die Sensoranordnung über wenigstens ein elektrisch leitfähiges Klebepad mit einem elektrischen, zur Auswertungsschaltung führenden Leiter verbunden ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einen Sensor (1, 2, 3, 4) oder Sensorabschnitt (7) bildende Lackschicht auf einer Folie angeordnet ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei jeweils einen Sensor (1, 2, 3, 4) oder Sensorabschnitt (7) bildende Lackschichten durch eine als Abschirmung dienende elektrische Isolierschicht voneinander getrennt sind, wobei die Auswertungsschaltung derart ausgestaltet ist, dass Anwesenheiten in Abhängigkeit davon unterscheidbar sind, auf welcher Seite von der Isolierschicht sie erfasst werden.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (1, 2, 3, 4) oder Sensorabschnitt (7) als Liniengitter ausgestaltet ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Linien in einem Winkel von 60° kreuzen.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (1) kammartig geformt ist und einen Steg (6) aufweist, von dem aus sich wenigstens zwei Sensorabschnitte (7) ähnlich den Zinken eines Kamms erstrecken.