DE202021003982U1 - switching element and component - Google Patents
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Abstract
Schaltelement (1) mit einem Kunststoffkörper (4), wobei das Schaltelement (1) eine Tastfläche bildet, wobei das Schaltelement (1) eine Metallbeschichtung (3) aufweist, mit der eine Oberfläche des Kunststoffkörpers (4) beschichtet ist, und wobei die Metallbeschichtung (3) zumindest teilweise galvanotechnisch erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche von der Tastfläche des Schaltelements (1) abgewandt ist. Switching element (1) with a plastic body (4), the switching element (1) forming a touch surface, the switching element (1) having a metal coating (3) with which a surface of the plastic body (4) is coated, and the metal coating (3) is at least partially produced by electroplating, characterized in that the surface faces away from the touch surface of the switching element (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Schaltelement mit einem Kunststoffkörper, wobei das Schaltelement eine Tastfläche bildet, wobei das Schaltelement eine Metallbeschichtung aufweist, mit der eine Oberfläche des Kunststoffkörpers beschichtet ist, und wobei die Metallbeschichtung zumindest teilweise galvanotechnisch erzeugt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Bauteil, das mit dem vorangehend beschriebenen Schaltelement ausgestattet ist.The invention relates to a switching element with a plastic body, the switching element forming a touch surface, the switching element having a metal coating with which a surface of the plastic body is coated, and the metal coating being produced at least partially by electroplating. The invention also relates to a component that is equipped with the switching element described above.
Aus dem Stand der Technik sind galvanisch beschichtete Schaltelemente bekannt. Die Druckschrift
Ferner kennt der Stand der Technik kapazitive Schalter. Bei kapazitiven Schaltern wird eine veränderliche Kapazität eines Sensorelements ausgewertet. So zeigt die Druckschrift
Im Zusammenhang mit Tastfeldern sind galvanisierte Bauteile bisher zum Beispiel als Rahmenelemente bekannt, so beispielsweise in der Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltelement bereitzustellen, das bei Berührung und/oder Annäherung aktivierbar und besonders robust ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil bereitzustellen, das ein Schaltelement aufweist, das bei Berührung und/oder Annäherung aktivierbar und besonders robust ist. Die Aufgaben werden gelöst durch die Bereitstellung eines Schaltelements gemäß Anspruch 1 sowie eines Bauteils gemäß Anspruch 16. Die Unteransprüche betreffen verschiedene voneinander unabhängige, vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, deren Merkmale vom Fachmann im Rahmen des technisch Sinnvollen frei miteinander kombiniert werden können.The invention is based on the object of providing a switching element which can be activated when touched and/or approached and which is particularly robust. In addition, the object of the invention is to provide a component that has a switching element that can be activated when touched and/or approached and that is particularly robust. The objects are achieved by providing a switching element according to
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Schaltelement mit einem Kunststoffkörper vorgeschlagen, wobei das Schaltelement eine Tastfläche bildet, wobei das Schaltelement eine Metallbeschichtung aufweist, mit der eine Oberfläche des Kunststoffkörpers beschichtet ist, und wobei die Metallbeschichtung zumindest teilweise galvanotechnisch erzeugt ist. Erfindungsgemäß ist die Oberfläche von der Tastfläche des Schaltelements abgewandt. Mittels der Metallbeschichtung kann eine Veränderung einer Kapazität ermittelt werden, die sich bei Annäherung eines Fingers ändert. Somit kann das Schaltelement betätigt werden, indem die Tastfläche berührt wird oder man beispielsweise einen Finger der Tastfläche auch nur nähert.According to a first aspect of the invention, a switching element with a plastic body is proposed, with the switching element forming a touch surface, with the switching element having a metal coating with which a surface of the plastic body is coated, and with the metal coating being produced at least partially by electroplating. According to the invention, the surface faces away from the touch surface of the switching element. A change in a capacitance that changes when a finger approaches can be determined by means of the metal coating. The switching element can thus be actuated by touching the touch surface or by just approaching a finger to the touch surface, for example.
Da die Metallbeschichtung entgegengesetzt zu der Tastfläche angeordnet ist und nicht die Tastfläche bildet, wird die Metallbeschichtung bei Betätigung des Schaltelements nicht unmittelbar berührt. Dies vermeidet Probleme, die bei Berührung aufgrund elektrostatischer Entladungen auftreten können. Ferner ist die potenziell empfindliche Metallbeschichtung nicht Berührungen unmittelbar ausgesetzt, sodass das Schaltelement robuster ist. Wenn die Metallbeschichtung keinen Berührungen ausgesetzt ist, dann muss diese nicht besonders beständig ausgeführt sein. Zum Beispiel kann auf eine schützende Deckschicht verzichtet werden, was die Herstellung der Metallbeschichtung vereinfacht. Darunter, dass die Metallbeschichtung zumindest teilweise galvanotechnisch erzeugt ist, ist zu verstehen, dass die Metallbeschichtung zumindest teilweise mittels eines galvanischen, d.h. elektrochemischen Abscheideverfahrens erzeugt ist, und dass, falls die Metallbeschichtung durch mehrere übereinanderliegende Metalllagen gebildet wird, mindestens eine der Metalllagen mittels eines galvanischen, d.h. elektrochemischen Abscheideverfahrens erzeugt ist. Es ist beispielsweise möglich, dass die Metallbeschichtung eine Kupferschicht und eine Nickelschicht aufweist. Der Kunststoffkörper kann gemäß möglichen Ausführungsformen der Erfindung sehr dünn ausgebildet sein, so kann er erfindungsgemäß zum Beispiel durch eine Kunststofffolie geringen Durchmessers gebildet sein, auf welche die Metallbeschichtung aufgebracht ist.Since the metal coating is arranged opposite to the touch surface and does not form the touch surface, the metal coating is not directly touched when the switching element is actuated. This avoids problems that can occur when touching due to electrostatic discharge. Furthermore, the potentially sensitive metal coating is not directly exposed to touch, so that the switching element is more robust. If the metal coating is not exposed to physical contact, it does not have to be particularly durable. For example, a protective top layer can be dispensed with, which simplifies the manufacture of the metal coating. The fact that the metal coating is at least partially produced by electroplating means that the metal coating is at least partially produced by means of a galvanic, i.e. electrochemical deposition process, and that if the metal coating is formed by several metal layers lying on top of one another, at least one of the metal layers is formed by means of a galvanic ie electrochemical deposition process is generated. For example, it is possible for the metal coating to have a copper layer and a nickel layer. According to possible embodiments of the invention, the plastic body can be made very thin, so it can according to the invention be formed, for example, by a plastic film of small diameter to which the metal coating is applied.
Es ist vorteilhaft, wenn der Kunststoffkörper aus einem Material umfassend ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer und/oder ein Polycarbonat gebildet ist. Besonders vorteilhaft besteht der Kunststoffkörper ausschließlich aus einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer und/oder aus einem Polycarbonat. Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere sind Kunststoffe aus Terpolymeren und/oder Mischungen von aus Acrylnitril, Butadien und Styrol hergestellten Polymeren und Copolymeren. Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere sind sehr robust und eignen sich gut zum Galvanisieren. Polycarbonate sind thermoplastische Kunststoffe und ebenfalls sehr robust. Bevorzugt wird eine Mischung aus einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer und einem Polycarbonat eingesetzt. Eine solche Mischung kann die Festigkeit und Temperaturbeständigkeit von Polycarbonaten und die Flexibilität von Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren aufweisen.It is advantageous if the plastic body is formed from a material comprising an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and/or a polycarbonate. The plastic body particularly advantageously consists exclusively of an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and/or of a polycarbonate. Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers are plastics made from terpolymers and/or mixtures of polymers and copolymers made from acrylonitrile, butadiene and styrene. Acrylonitrile butadiene styrene copolymers are very robust and are well suited for electroplating. Polycarbonates are thermoplastics and are also very robust. A mixture of an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and a polycarbonate is preferably used. Such a blend can exhibit the strength and temperature resistance of polycarbonates and the flexibility of acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers.
Der Kunststoffkörper ist vorzugsweise durch ein transparentes oder ein halbtransparentes Kunststoffmaterial gebildet. Unter Transparenz ist eine sehr gute Lichtdurchlässigkeit zu verstehen. Ist der Kunststoffkörper hingegen halbtransparent beziehungsweise transluzent, dann lässt er zwar Licht hindurch, ist aber nicht blickdurchlässig. Ein transparentes oder ein halbtransparentes Kunststoffmaterial kann zum Beispiel hinterleuchtet werden, sodass die Tastfläche aufleuchtet. Als Ausgangsmaterialien für den Kunststoffkörper eignen sich zum Beispiel Polycarbonate, welche transparent oder halbtransparent sind. Es können aber auch andere geeignete Kunststoffmaterialien eingesetzt werden.The plastic body is preferably formed by a transparent or a semi-transparent plastic material. Transparency means very good light transmission. If, on the other hand, the plastic body is semi-transparent or translucent, it does let light through, but is not transparent to the eye. For example, a transparent or semi-transparent plastic material can be backlit so that the touch surface lights up. Suitable starting materials for the plastic body are, for example, polycarbonates which are transparent or semi-transparent. However, other suitable plastic materials can also be used.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Tastfläche durch eine eingefärbte Kunststoffdeckplatte, durch eine transparente Kunststoffdeckplatte oder durch eine Lackbeschichtung gebildet ist. Bevorzugt wird ein Klarlack verwendet. Auf diese Weise kann der Kunststoffkörper vor direktem Kontakt geschützt werden und gleichzeitig eine optisch und/oder haptisch ansprechende Tastfläche geschaffen werden. Gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung wird die Tastfläche unmittelbar durch den Kunststoffkörper gebildet.It can be provided according to the invention that the touch surface is formed by a colored plastic cover plate, by a transparent plastic cover plate or by a lacquer coating. A clear lacquer is preferably used. In this way, the plastic body can be protected from direct contact and at the same time an optically and/or haptically appealing touch surface can be created. According to other embodiments of the invention, the touch surface is formed directly by the plastic body.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung bildet die Metallbeschichtung auf dem Kunststoffkörper einen Sensorfunktionsabschnitt, der gegenüber sonstigen Abschnitten der Metallbeschichtung elektrisch isoliert ist, wobei der Sensorfunktionsabschnitt eine Elektrodenfläche aufweist und wobei das Schaltelement eine Zuleitung aufweist, die elektrisch leitfähig mit der Elektrodenfläche verbunden ist. Es versteht sich, dass die Zuleitung ebenfalls elektrisch leitfähig ist. Der Sensorfunktionsabschnitt ist gegenüber allen sonstigen Abschnitten der Metallbeschichtung elektrisch isoliert. Der Sensorfunktionsabschnitt bildet sozusagen eine elektrisch isolierte Insel innerhalb der Metallbeschichtung. Die Elektrodenfläche kann als eine Elektrode eines kapazitiven Sensors dienen.According to a particular embodiment of the invention, the metal coating on the plastic body forms a sensor function section which is electrically insulated from other sections of the metal coating, the sensor function section having an electrode surface and the switching element having a lead which is electrically conductively connected to the electrode surface. It goes without saying that the feed line is also electrically conductive. The sensor function section is electrically isolated from all other sections of the metal coating. The sensor function section forms, so to speak, an electrically isolated island within the metal coating. The electrode surface can serve as an electrode of a capacitive sensor.
Die elektrisch leitfähig mit der Elektrodenfläche verbundene Zuleitung ermöglicht es, ein elektrisches Potenzial der Elektrodenfläche auch von einer entfernten Stelle aus zu erfassen. Dies gelingt durch den Kunststoffkörper hindurch, sodass eine Berührung der Tastfläche oder auch nur eine Annäherung eines Fingers an die Tastfläche festgestellt werden kann. Die Zuleitung wird vorzugsweise durch den Sensorfunktionsabschnitt gebildet. Die elektrisch leitfähige Zuleitung ist in diesem Fall ebenso wie die Elektrodenfläche auf den Kunststoffkörper aufgalvanisiert.The supply line, which is electrically conductively connected to the electrode surface, makes it possible to also detect an electrical potential of the electrode surface from a remote location. This is achieved through the plastic body, so that touching the touch surface or just a finger approaching the touch surface can be detected. The feed line is preferably formed by the sensor function section. In this case, the electrically conductive supply line, like the electrode surface, is electroplated onto the plastic body.
Vorzugsweise ist der Sensorfunktionsabschnitt gegenüber den sonstigen Abschnitten der Metallbeschichtung durch einen Isolierungsabschnitt der Oberfläche des Kunststoffkörpers elektrisch isoliert. Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die Metallbeschichtung durch den Isolierungsabschnitt unterbrochen ist, das heißt im Isolierungsabschnitt ist die Metallbeschichtung nicht vorhanden. Es können beispielsweise linienförmige oder flächige Isolierungsabschnitte auf dem Kunststoffkörper vorhanden sein. Die sonstigen Abschnitte der Metallbeschichtung können erfindungsgemäß weitere Sensorfunktionsabschnitte bilden und/oder nichtfunktionale Abschnitte bilden.The sensor function section is preferably electrically insulated from the other sections of the metal coating by an insulating section on the surface of the plastic body. According to the invention, it is possible for the metal coating to be interrupted by the insulating section, ie the metal coating is not present in the insulating section. For example, linear or flat insulation sections can be present on the plastic body. According to the invention, the other sections of the metal coating can form further sensor function sections and/or form non-functional sections.
Die Elektrodenfläche weist bevorzugt einen Flächeninhalt von mindestens 0,2 cm2 auf. Dies ermöglicht die Funktion der Elektrodenfläche als Teil eines kapazitiven Sensors. In Abhängigkeit von einer Schichtdicke der Metallbeschichtung und eines Aufbaus der Metallbeschichtung, insbesondere in Abhängigkeit der hierfür verwendeten Materialien, kann die Elektrodenfläche jedoch auch einen geringeren Flächeninhalt aufweisen. Die Elektrodenfläche kann im Hinblick auf ihre Länge und ihre Breite sowie einen Verlauf ihrer Außenkontur relativ frei gestaltet werden. Hat der Kunststoffkörper hingegen einen vergleichsweise großen Durchmesser, dann kann es notwendig sein, auch den Flächeninhalt der Elektrodenfläche entsprechend zu erhöhen.The electrode surface preferably has a surface area of at least 0.2 cm 2 . This enables the electrode surface to function as part of a capacitive sensor. However, depending on a layer thickness of the metal coating and a structure of the metal coating, in particular depending on the materials used for this purpose, the electrode surface can also have a smaller surface area. The electrode surface can be designed relatively freely with regard to its length and its width as well as the course of its outer contour. On the other hand, if the plastic body has a comparatively large diameter, then it may be necessary to correspondingly increase the surface area of the electrode surface.
Bei der Zuleitung kann es sich erfindungsgemäß um eine relativ zu der Elektrodenfläche schmal dimensionierte Leiterbahn handeln. Diese kann erfindungsgemäß eine Breite von 0,5 mm bis 3 mm aufweisen. Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Breite der Zuleitung 0,01 % bis 100 % eines maximalen Durchmessers des Sensorfunktionsabschnitts. Ganz besonders vorteilhaft beträgt die Breite der Zuleitung 0,02 % bis 0,1 % des maximalen Durchmessers des Sensorfunktionsabschnitts. Die Zuleitung kann aber auch abweichend davon dimensioniert sein. Es können gemäß möglichen Ausführungsformen der Erfindung auch mehrere Zuleitungen vorgesehen sein, sodass ein elektrisches Potenzial der Elektrodenfläche in unterschiedlichen Bereichen abgegriffen werden kann. Außerdem kann der Sensorfunktionsabschnitt gemäß vorteilhaften Ausführungsformen mehrere Elektrodenflächen aufweisen, sodass der Sensorfunktionsabschnitt in unterschiedlichen Bereichen betätigt werden kann.According to the invention, the feed line can be a strip conductor that is narrow in size relative to the electrode surface. According to the invention, this can have a width of 0.5 mm to 3 mm. According to advantageous embodiments of the invention, the width of the supply line is 0.01% to 100% of a maximum diameter of the sensor function section. A very special advantage The width of the lead is 0.02% to 0.1% of the maximum diameter of the sensor function section. However, the supply line can also be dimensioned differently. According to possible embodiments of the invention, several supply lines can also be provided, so that an electrical potential of the electrode surface can be tapped off in different areas. In addition, according to advantageous embodiments, the sensor function section can have a plurality of electrode surfaces, so that the sensor function section can be actuated in different areas.
Es kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass das Schaltelement in oder auf der Tastfläche eine Markierung aufweist, die fluchtend zu der Elektrodenfläche angeordnet ist. Auf diese Weise kann außenseitig darauf hingewiesen werden, wo sich die Elektrodenfläche befindet. Die Markierung ist vorzugsweise eine optische Markierung, gebildet durch einen Aufdruck auf der Tastfläche, durch einen transparenten oder halbtransparenten Abschnitt der Tastfläche und/oder durch eine Aussparung in der Tastfläche. Die optische Markierung kann zum Beispiel als ein Symbol, ein Buchstabe oder dergleichen gestaltet sein. Wenn die Tastfläche durch den Kunststoffkörper selbst gebildet wird, dann kann dieser beispielsweise nachträglich bedruckt oder anderweitig bearbeitet werden. In eine die Tastfläche bildende Lackbeschichtung können beispielsweise nachträglich Aussparungen eingebracht werden. Wird vor den Kunststoffkörper eine halbtransparente Kunststoffdeckplatte gesetzt, welche die Tastfläche bildet, dann wird die Kunststoffdeckplatte bevorzugt nur abschnittsweise transparent ausgebildet, um auf die Position der Elektrodenfläche hinzuweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung kann es sich bei der Markierung um eine haptische Markierung handeln, wie zum Beispiel eine Erhebung auf der Tastfläche.It can also be provided according to the invention that the switching element has a marking in or on the touch surface, which is aligned with the electrode surface. In this way, it can be pointed out on the outside where the electrode surface is located. The marking is preferably an optical marking formed by an imprint on the touch surface, by a transparent or semi-transparent section of the touch surface and/or by a recess in the touch surface. For example, the optical marking can be designed as a symbol, a letter or the like. If the touch surface is formed by the plastic body itself, then this can, for example, be subsequently printed or processed in some other way. For example, recesses can be subsequently introduced into a lacquer coating forming the touch surface. If a semi-transparent plastic cover plate is placed in front of the plastic body, which forms the touch surface, then the plastic cover plate is preferably made transparent only in sections in order to indicate the position of the electrode surface. According to other embodiments of the invention, the marking can be a haptic marking, such as a bump on the touch surface.
Es ist bevorzugt, wenn die Metallbeschichtung mindestens ein Sichtfenster aufweist. Das Sichtfenster kann erfindungsgemäß durch eine Aussparung in der Metallbeschichtung gebildet sein. Durch diese kann Licht hindurchtreten, wenn das Schaltelement hinterleuchtet wird, zum Beispiel bei Nutzung des Schaltelements als Teil eines Bauteils, wobei das Bauteil zum Beispiel ein illuminierter Schalter sein kann oder ein durch Berührung konfigurierbares, illuminiertes Karosserieteil eines Fahrzeugs. In diesem Fall sollte der Kunststoffkörper bevorzugt transparent oder halbtransparent sein. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Metallbeschichtung mindestens ein Sichtfenster aufweist, das in der Elektrodenfläche angeordnet ist. Auf diese Weise kann bei einer Hinterleuchtung des Bauteils auf der Seite der Tastfläche erkennbar werden, wo sich die Elektrodenfläche befindet. Dies ist besonders dann von Vorteil, falls das Schaltelement mehrere Sensorfunktionsabschnitte aufweist, mit denen sich unterschiedliche Funktionen auslösen lassen.It is preferred if the metal coating has at least one viewing window. According to the invention, the viewing window can be formed by a recess in the metal coating. Light can pass through these when the switching element is backlit, for example when using the switching element as part of a component, wherein the component can be, for example, an illuminated switch or an illuminated body part of a vehicle that can be configured by touch. In this case, the plastic body should preferably be transparent or semi-transparent. It is particularly preferred if the metal coating has at least one viewing window that is arranged in the electrode surface. In this way, when the component is backlit, it can be seen on the touch surface side where the electrode surface is located. This is particularly advantageous if the switching element has a number of sensor function sections with which different functions can be triggered.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bauteil vorgeschlagen, umfassend das vorangehend beschriebene Schaltelement, umfassend ferner eine Schalteinrichtung, wobei die Schalteinrichtung mit der Zuleitung des Schaltelements gekoppelt ist, und wobei die Schalteinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Kapazität zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität Steuersignale auszugeben. Ein solches Bauteil eignet sich als ein beständiges Bedienelement, das durch Berührung und sogar nur bei Annäherung eines Fingers zur Auslösung von Schaltfunktionen verwendet werden kann. Das Bauteil kann zum Beispiel einen Schalter, einen Teil eines Bedienelements oder einen Teil eines schaltbaren Beleuchtungselements bilden. Viele weitere Anwendungsgebiete sind denkbar.According to a further aspect of the invention, a component is proposed, comprising the switching element described above, further comprising a switching device, wherein the switching device is coupled to the supply line of the switching element, and wherein the switching device is set up to determine a capacitance and, depending on the determined capacity to output control signals. Such a device lends itself as a persistent control that can be used to trigger switching functions by touching it, even just by touching it with a finger. The component can, for example, form a switch, part of a control element or part of a switchable lighting element. Many other areas of application are conceivable.
Darunter, dass die Schalteinrichtung mit der Zuleitung des Bauteils gekoppelt ist, kann insbesondere verstanden werden, dass die Schalteinrichtung mit der Zuleitung elektrisch leitfähig verbunden ist, zum Beispiel über ein oder mehrere Kabel. Es ist sind aber auch andere Kopplungsvarianten denkbar.The fact that the switching device is coupled to the supply line of the component can be understood in particular to mean that the switching device is electrically conductively connected to the supply line, for example via one or more cables. However, other coupling variants are also conceivable.
Mittels der Steuersignale kann beispielsweise ein Beleuchtungsmittel aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden. Bei der Schalteinrichtung kann es sich gemäß Ausführungsformen der Erfindung um eine Rechnereinheit handeln, zum Beispiel einen Mikrocontroller. Es kann sich bei der Schalteinrichtung alternativ um eine Kombination aus einer elektrischen Schaltung und einer Rechnereinheit handeln. Gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schalteinrichtung durch mehrere verteilte Rechnereinheiten und/oder elektrische Schaltungen gebildet werden, welche gemeinsam die vorangehend beschriebene Funktionsweise der Schalteinrichtung umsetzen. Der Schalteinrichtung oder Komponenten der Schalteinrichtung können erfindungsgemäß darüber hinaus sonstige Aufgaben wie beispielsweise Steuer-, Regelungs- und/oder Überwachungsfunktionen zugeordnet sein.By means of the control signals, a lighting device can be activated or deactivated, for example. According to embodiments of the invention, the switching device can be a computer unit, for example a microcontroller. Alternatively, the switching device can be a combination of an electrical circuit and a computer unit. According to other embodiments of the invention, the switching device can be formed by a plurality of distributed computer units and/or electrical circuits, which together implement the above-described functioning of the switching device. According to the invention, other tasks such as control, regulation and/or monitoring functions can also be assigned to the switching device or components of the switching device.
Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ist die Schalteinrichtung dazu eingerichtet, eine Eigenkapazität der Elektrodenfläche zu ermitteln. Die Eigenkapazität der Elektrodenfläche berechnet sich in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung, mit der die Elektrodenfläche beaufschlagt wird und einer Menge von Ladungsträgern, die die Elektrodenfläche unter Beaufschlagung mit dieser Spannung aufnimmt. Die Eigenkapazität der Elektrodenfläche ändert sich, wenn beispielsweise ein Finger in ihre Nähe bewegt wird. Die Eigenkapazität der Elektrodenfläche kann beispielsweise ermittelt werden, indem die Schalteinrichtung die Elektrodenfläche alternierend mit einer hohen und einer niedrigen elektrischen Spannung beaufschlagt. Dies führt dazu, dass die Elektrode abwechselnd geladen und entladen wird. Dies erfolgt mit einer gewissen Taktfrequenz. An der Schalteinrichtung können erfindungsgemäß ein Ausgangspin und ein Eingangspin vorgesehen sein. Über den Ausgangspin beaufschlagt die Schalteinrichtung die Elektrodenfläche mit der alternierenden Spannung. Über den Eingangspin misst die Schalteinrichtung, wie schnell sich die Elektrodenfläche auflädt bzw. entlädt. Aus einer Lade- bzw. einer Entladegeschwindigkeit der Elektrodenfläche lässt sich die Eigenkapazität der Elektrodenfläche ermitteln.According to advantageous embodiments of the invention, the switching device is set up to determine an intrinsic capacitance of the electrode surface. The intrinsic capacity of the electrode surface is calculated as a function of an electrical voltage applied to the electrode surface and a quantity of charge carriers which the electrode surface absorbs when this voltage is applied. The self-capacitance of the electrode surface changes when, for example, a finger is moved close to it. The intrinsic capacity of the electrode surface can, for example be determined in that the switching device alternately applies a high and a low electrical voltage to the electrode surface. This causes the electrode to be alternately charged and discharged. This is done with a certain clock frequency. According to the invention, an output pin and an input pin can be provided on the switching device. The switching device applies the alternating voltage to the electrode surface via the output pin. The switching device uses the input pin to measure how quickly the electrode surface charges or discharges. The intrinsic capacity of the electrode surface can be determined from a charging or discharging speed of the electrode surface.
Gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch anstatt der Eigenkapazität eine Kapazität eines Kondensators durch die Schalteinrichtung ermittelt werden, den die Elektrodenfläche gemeinsam mit einer flächigen Zusatzelektrode des Bauteils bildet, wobei die flächige Zusatzelektrode von der Elektrodenfläche beabstandet und von der Elektrodenfläche elektrisch isoliert ist. Es wird also eine Kondensatorkapazität gemessen. Die Kapazität des Kondensators ändert sich, wenn ein Finger in die Nähe der Elektrodenfläche bewegt wird. Die Messung der Kapazität erfolgt in ähnlicher Weise wie die Messung der Eigenkapazität der Elektrodenfläche. Erfindungsgemäß kann die flächige Zusatzelektrode des Bauteils durch ein separates Metallelement gebildet werden.According to alternative embodiments of the invention, however, instead of the intrinsic capacitance, a capacitance of a capacitor can be determined by the switching device, which the electrode surface forms together with a flat additional electrode of the component, the flat additional electrode being spaced apart from the electrode surface and being electrically insulated from the electrode surface. So a capacitor capacitance is measured. The capacitance of the capacitor changes when a finger is moved near the electrode area. The capacitance is measured in a similar way to measuring the intrinsic capacitance of the electrode surface. According to the invention, the flat additional electrode of the component can be formed by a separate metal element.
Die Kapazität beziehungsweise die Eigenkapazität wird bevorzugt über mehrere Auflade- und Entladezyklen hinweg ermittelt. Hierbei ist es möglich, aus Kapazitäts-Messwerten mehrerer Auflade- und Entladezyklen einen Mittelwert zu ermittein. Auf diese Weise kann eine Fehlerkorrektur der Kapazitätsmessung erfolgen. Bevorzugt ist die Taktfrequenz des Auf- und Entladens an eine typische Betätigungsdauer der Elektrodenfläche angepasst.The capacity or the intrinsic capacity is preferably determined over a number of charging and discharging cycles. Here it is possible to determine an average value from the measured capacitance values of several charging and discharging cycles. In this way, an error correction of the capacitance measurement can take place. The cycle frequency of the charging and discharging is preferably adapted to a typical activation duration of the electrode surface.
Das Bauteil isoliert bevorzugt die Tastfläche gegenüber der Metallbeschichtung elektrisch. Auf diese Weise lässt es sich vermeiden, dass es zu elektrostatischen Entladungen kommt, wenn die Tastfläche berührt wird. Dies kann beispielsweise baulich erreicht werden. Das Bauteil kann hierzu erfindungsgemäß ein Gehäuse aufweisen, in das das Schaltelement eingefasst ist, sodass die Metallbeschichtung von dem Tastbereich elektrisch isoliert ist. Das Gehäuse wird bevorzugt durch ein nicht elektrisch leitfähiges Material wie einen Kunststoff gebildet. Auf diese Weise kann eine bauliche Trennung zwischen der Tastfläche und der Metallbeschichtung bewirkt werden. Somit können elektrostatische Entladungen von der Tastfläche auf die Metallbeschichtung verhindert werden.The component preferably electrically insulates the touch surface from the metal coating. In this way, it is possible to avoid electrostatic discharges occurring when the touch surface is touched. This can be achieved structurally, for example. For this purpose, according to the invention, the component can have a housing in which the switching element is enclosed, so that the metal coating is electrically isolated from the sensing area. The housing is preferably formed from a non-electrically conductive material such as a plastic. In this way, a structural separation between the touch surface and the metal coating can be effected. Electrostatic discharges from the touch surface to the metal coating can thus be prevented.
Vorzugsweise weist das Bauteil ein Leuchtmittel auf. Bei dem Leuchtmittel kann es sich beispielsweise um ein bzw. mehrere LED-Leuchtmittel oder Halogen-Leuchtmittel handeln. Das Leuchtmittel ist bevorzugt auf einer Seite des Schaltelements angeordnet, die von der Tastfläche des Schaltelements abgewandt ist. Somit lässt sich das Schaltelement des Bauteils hinterleuchten. Erfindungsgemäß kann beispielsweise das Bauteil einen Hohlraum bilden, in dem das Leuchtmittel angeordnet ist und dem die Metallbeschichtung zugewandt ist.The component preferably has an illuminant. The light source can be, for example, one or more LED light sources or halogen light sources. The light source is preferably arranged on a side of the switching element that faces away from the touch surface of the switching element. The switching element of the component can thus be backlit. According to the invention, for example, the component can form a cavity in which the lighting means is arranged and which the metal coating faces.
Es ist vorteilhaft, wenn die Schalteinrichtung mit dem Leuchtmittel gekoppelt ist, wobei die Schalteinrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität das Leuchtmittel anzusteuern. Eine Ansteuerung durch von dem Bauteil entfernte Steuerungselemente ist somit nicht notwendig. So kann beispielsweise eine Beleuchtungsintensität einer Beleuchtungskomponente einer Automobilkarosserie durch deren Berührung verändert werden. Es ist aber auch möglich, dass die Schalteinrichtung mit sonstigen Funktionseinheiten wie Leuchtmitteln, Aktoren oder dergleichen gekoppelt ist, welche mittels des Bauteils angesteuert werden können.It is advantageous if the switching device is coupled to the lighting means, with the switching device being set up to control the lighting means as a function of the capacitance determined. Activation by control elements remote from the component is therefore not necessary. For example, an illumination intensity of an illumination component of an automobile body can be changed by touching it. However, it is also possible for the switching device to be coupled to other functional units such as lighting means, actuators or the like, which can be controlled by means of the component.
Das Bauteil weist bevorzugt zusätzlich zu dem Leuchtmittel mindestens ein weiteres Leuchtmittel auf, wobei das Leuchtmittel und das mindestens eine weitere Leuchtmittel in unterschiedlichen Bereichen des Bauteils positioniert sind, und wobei das Schaltelement zusätzlich zu dem Sensorfunktionsabschnitt mindestens einen weiteren Sensorfunktionsabschnitt aufweist. Somit wird ein Bauteil bereitgestellt, das mehrere Leuchtmittel und mehrere Sensorfunktionsabschnitte aufweist und dessen Beleuchtungsmuster einfach konfiguriert werden kann, indem die Sensorfunktionsabschnitte berührt werden. Jeder Sensorfunktionsabschnitt kann dabei einem oder mehreren Leuchtmitteln zugeordnet sein. Bei Betätigung eines Sensorfunktionsabschnitts wird der beziehungsweise werden die dem Sensorfunktionsabschnitt zugeordneten Leuchtmittel angesteuert, sodass diese Leuchtmittel beispielsweise angeschaltet, ausgeschaltet, ihre Farbe wechseln oder gedimmt werden können. Unter einer Dimmung soll vorliegend ein Verändern einer Helligkeit eines Leuchtmittels verstanden werden. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann es ferner vorgesehen sein, dass mehrere Sensorfunktionsabschnitte gleichzeitig und/oder für bestimmte Zeitdauern betätigt werden müssen, um bestimmte Beleuchtungskonfigurationen der Beleuchtungsanordnung zu aktivieren. Die Schalteinrichtung kann zur Implementierung der vorangehend beschriebenen Funktionalität mit den mehreren Sensorfunktionsabschnitten gekoppelt sein.The component preferably has at least one other lamp in addition to the lamp, the lamp and the at least one other lamp being positioned in different areas of the component, and the switching element having at least one other sensor function section in addition to the sensor function section. Thus, a device is provided that has a plurality of illuminants and a plurality of sensor function sections, and whose illumination pattern can be easily configured by touching the sensor function sections. Each sensor function section can be assigned to one or more light sources. When a sensor function section is actuated, the lamp or lamps assigned to the sensor function section is/are actuated, so that these lamps can be switched on or off, change their color or be dimmed, for example. In the present case, dimming is to be understood as changing the brightness of a lighting means. According to embodiments of the invention, it can also be provided that several sensor function sections have to be actuated simultaneously and/or for specific periods of time in order to activate specific lighting configurations of the lighting arrangement. In order to implement the functionality described above, the switching device can be coupled to the plurality of sensor function sections.
Bevorzugt ist die Schalteinrichtung dazu eingerichtet, das Leuchtmittel dann, wenn ein Finger in einen Nahbereich der Elektrodenfläche eintritt, einzuschalten. Eine variable Ansteuerung des Leuchtmittels ist möglich. Dies wird bevorzugt so umgesetzt, dass die Schalteinrichtung dazu eingerichtet ist, das Leuchtmittel temporär einzuschalten, wenn der Finger in den Nahbereich der Elektrodenfläche bewegt wird, und das Leuchtmittel dauerhaft einzuschalten, wenn der Finger die Tastfläche berührt. Bei dem Nahbereich handelt es sich erfindungsgemäß um einen Bereich vordefinierter Größe in der Nähe der Elektrodenfläche.The switching device is preferably set up to switch on the lighting means when a finger enters a region close to the electrode surface. A variable control of the lamp is possible. This is preferably implemented in such a way that the switching device is set up to switch on the light source temporarily when the finger is moved close to the electrode surface and to switch on the light source permanently when the finger touches the touch surface. According to the invention, the near area is an area of predefined size in the vicinity of the electrode surface.
Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Leuchtmittel auszuschalten, wenn der Finger den Nahbereich der Elektrodenfläche verlässt. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung wird das Leuchtmittel bei Berührung der Tastfläche durch den Finger dauerhaft eingeschaltet, sodass es auch bei Entfernung des Fingers eingeschaltet bleibt. Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Leuchtmittel erst durch eine erneute Berührung der Tastfläche wieder ausgeschaltet wird.The switching device is preferably set up to switch off the lighting means when the finger leaves the vicinity of the electrode surface. According to some embodiments of the invention, the light source is switched on continuously when the touch surface is touched by the finger, so that it remains switched on even when the finger is removed. Furthermore, it can be provided according to the invention that the illuminant is only switched off again by touching the touch surface again.
Unter dem Nahbereich der Elektrodenfläche wird gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ein an die Elektrodenfläche angrenzender Bereich verstanden, der einen maximalen Durchmesser von kleiner 5 cm, bevorzugt einen maximalen Durchmesser von kleiner 4 cm und besonders bevorzugt einen maximalen Durchmesser von kleiner 3 cm aufweist. Eine Form des Nahbereichs ist von einer Dimensionierung der Elektrodenfläche abhängig und erstreckt sich in der Regel hauptsächlich unmittelbar vorder- und rückseitig, aber nur in geringfügigem Maße seitlich von der Elektrodenfläche.According to preferred embodiments of the invention, the vicinity of the electrode surface is understood to be a region adjoining the electrode surface which has a maximum diameter of less than 5 cm, preferably a maximum diameter of less than 4 cm and particularly preferably a maximum diameter of less than 3 cm. A form of the near area depends on a dimensioning of the electrode surface and generally extends mainly directly in front and behind, but only to a small extent laterally from the electrode surface.
In Abhängigkeit davon, ob ein Finger in den Nahbereich der Elektrodenfläche bewegt wird und insbesondere so nah an die Elektrodenfläche herangeführt wird, dass er die Tastfläche berührt, sind jedoch auch andere Verfahren zur Ansteuerung des Leuchtmittels erfindungsgemäß möglich. Die Schalteinrichtung kann etwa so konfiguriert sein, dass durch die Bewegung des Fingers in den Nahbereich das Leuchtmittel gedimmt und/oder eine Farbe des Leuchtmittels geändert wird und bei Berührung der Elektrodenfläche durch den Finger das Leuchtmittel an- beziehungsweise ausgeschaltet wird. Umgekehrt ist es möglich, dass durch die Bewegung des Fingers in den Nahbereich das Leuchtmittel an- beziehungsweise ausgeschaltet wird und bei Berührung der Tastfläche durch den Finger das Leuchtmittel gedimmt wird.Depending on whether a finger is moved in the vicinity of the electrode surface and in particular is brought so close to the electrode surface that it touches the touch surface, however, other methods for controlling the illuminant are also possible according to the invention. The switching device can be configured such that the light source is dimmed and/or a color of the light source is changed by moving the finger in the close range and the light source is switched on or off when the finger touches the electrode surface. Conversely, it is possible for the light source to be switched on or off by moving the finger in the close range and for the light source to be dimmed when the finger touches the touch surface.
Es ist vorteilhaft, wenn die Schalteinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Funktionseinheit anzusteuern, wenn ein Finger so nah an die Elektrodenfläche heranbewegt wird, dass er die Tastfläche berührt. Bei Berührung der Tastfläche kann folglich eine Funktionseinheit wie ein Aktor oder eine beliebige andere Funktionseinheit angesteuert werden. Darunter, dass die Funktionseinheit angesteuert wird, ist zu verstehen, dass diese beispielsweise aktiviert, deaktiviert, oder auf eine beliebige andere Weise durch die Ansteuerung beeinflusst wird. Die Funktionseinheit kann, muss aber nicht Teil des Bauteils sein. Vorausgehend kann selbstverständlich auch das Leuchtmittel bei Näherung des Fingers aktiviert werden, wie vorangehend erläutert.It is advantageous if the switching device is set up to activate a functional unit when a finger is moved so close to the electrode surface that it touches the touch surface. When the touch surface is touched, a functional unit such as an actuator or any other functional unit can consequently be controlled. The fact that the functional unit is activated means that it is activated, deactivated, for example, or is influenced by the activation in any other way. The functional unit can, but does not have to be part of the component. Of course, the lighting means can also be activated beforehand when the finger approaches, as explained above.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltelements mit einem Sensorfunktionsabschnitt in einer Draufsicht, -
2 eine schematische Darstellung des Schaltelements gemäß1 in einer Seitenansicht, -
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils, -
4 ein Zeit-Spannungs-Diagramm zur Erläuterung einer Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bauteils und -
5 ein Zustandsdiagramm des erfindungsgemäßen Bauteils.
-
1 a schematic representation of a switching element according to the invention with a sensor function section in a plan view, -
2 a schematic representation of the switching element according to FIG1 in a side view, -
3 a schematic representation of a component according to the invention, -
4 a time-voltage diagram to explain how the component according to the invention works and -
5 a state diagram of the component according to the invention.
Eine Gehäuse 11 des Bauteils 9 trägt sowohl das Schaltelement 1 als auch das Leuchtmittel 10. An dem Gehäuse 11 ist innenseitig ferner eine Schalteinrichtung 12 angebracht, die über nicht dargestellte Leitungen mit dem Sensorfunktionsabschnitt und mit dem Leuchtmittel 10 verbunden ist. Wenn ein Finger von außen in Richtung der durch den Kunststoffkörper 4 gebildeten Tastfläche bewegt wird, dann ändert sich eine Kapazität der Elektrodenfläche. Die Schalteinrichtung 12 detektiert dies und schaltet daraufhin das Leuchtmittel 10 ein. Das dargestellte Bauteil 9 kann zum Beispiel einen Teil einer Karosserie eines Fahrzeugs bilden.A
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Schutzansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.The present invention is not limited to the illustrated embodiments. Modifications within the scope of the protection claims are just as possible as a combination of the features, even if they are shown and described in different exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Schaltelementswitching element
- 22
- Sensorfunktionsabschnittsensor function section
- 33
- Metallbeschichtungmetal coating
- 44
- Kunststoffkörperplastic body
- 55
- Isolierungsabschnittinsulation section
- 66
- Elektrodenflächeelectrode area
- 77
- Zuleitungsupply line
- 88th
- Kunststoffdeckplatteplastic cover plate
- 99
- Bauteilcomponent
- 1010
- Leuchtmittelbulbs
- 1111
- GehäuseHousing
- 1212
- Schalteinrichtungswitching device
- 1313
- Zeit-Spannungs-DiagrammTime-Voltage Diagram
- 1414
- Spannungsachsetension axis
- 1515
- Zeitachsetimeline
- 1616
- Erste SpannungskurveFirst tension curve
- 1717
- Zweite SpannungskurveSecond tension curve
- 1818
- Aufladezeitcharging time
- 1919
- Aus-Zustandoff state
- 2020
- Beleuchtungs-Zustandlighting condition
- 2121
- Aktivierungs-ZustandActivation State
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |