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Die Erfindung betrifft eine rotatorisch bedienbare kapazitive Bedieneinheit, bei welcher ein Bedienelement durch eine rotatorische Bewegung relativ zu einem feststehenden und eine Rotationsachse definierenden Mittelelement bewegbar und an vorbestimmten Kontaktpunkten mit diesem in elektrischen Kontakt bringbar ist, wobei der Kontakt eine lokale Änderung eines elektrischen Feldes hervorruft, welche von einem räumlich und durch eine geschlossene Trennwand getrennten kapazitiven Sensor zum Auslösen einer zugeordneten Funktion detektierbar ist.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Bedieneinheiten bekannt, welche jedoch nur für spezielle Anwendungsfälle geeignet sind oder verschiedene Nachteile aufweisen.
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Mechanische Schalter und beispielsweise Tasten, wie sie aus der
US 11,012,069 B2 bekannt sind erlauben beispielsweise keine vollständige räumliche Trennung zwischen der Bedieneinheit und einer eine Bedienung detektierenden Schaltung. Das gilt insbesondere auch dann, wenn ein solcher Aufbau auf eine rotatorische Betätigung angepasst wird.
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Kapazitive Touchscreens erlauben zwar grundsätzlich eine rotatorische Betätigung, ermöglichen jedoch oftmals kein unmittelbares haptisches Feedback oder benötigen zur präzisen Steuerung meist unmittelbar Sichtkontakt.
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Andere kapazitive Schalter, wie sie beispielsweise bei einer Tastatur verwendet werden und wie sie aus der
US 2021/0320659 A1 bekannt sind, erlauben zumeist lediglich eine einzige zu erkennende Betätigung je kapazitiven Sensor, wobei hinzukommt, dass nur orthogonal zu einer den Sensor räumlich separierenden Trennwand verlaufende Bewegungen bzw. Betätigungen erkennbar sind.
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Auch die Bedieneinheit gemäß dem Dokument
DE 10 2006 043 619 A1 sieht eine den kapazitiven Sensor räumlichtrennende Trennwand vor, wobei das Bedienelement auf der von dem Sensor abgewandten Seite der Trennwand frei um eine Rotationsachse bewegbar ist, sodass keine definierten Schalt- bzw. Betätigungspunkte bestimmt oder haptisch erfassbar sind.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Bedieneinheit bereitzustellen, welche einerseits eine räumliche Trennung von Bedienelement und einer die Bedienung erkennenden Einheit ermöglicht und andererseits insbesondere in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse, um welche das Bedienelement rotatorische bedienbar ist, definierte Schaltpunkte bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Schutzanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird daher eine kapazitive Bedieneinheit mit einer geschlossenen, in einer Ebene verlaufenden Trennwand und zumindest einem kapazitiven Sensor vorgeschlagen. Die Trennwand weist eine Rückseite und eine Sichtseite auf, welche insbesondere dadurch bestimmt ist, dass sie im bestimmungsgemäßen Gebrauch einem Bediener zugänglich ist, wohingegen die Rückseite dem Bediener vorzugsweise nicht zugänglich oder von diesem abgewandt ist. An der Sichtseite der Trennwand ist ein bezüglich der Trennwand feststehendes und eine Rotationsachse bestimmendes Mittelelement und ein relativ zu dem Mittelelement um die Rotationsachse sowie parallel der Ebene und insbesondere ausschließlich parallel der Ebene bewegliches Bedienelement angeordnet. Dabei kann das Mittelelement integral bzw. einstückig mit der Trennwand ausgebildet oder an dieser fixiert sein. Ist das Mittelelement gesondert zur Trennwand vorgesehen, kann das Mittelelement einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Teile bei einer mehrteiligen Ausbildung voneinander beabstandet und mittelbar über die Trennwand verbunden sein können. Das Mittelelement und das Bedienelement weisen entlang einer in Umfangsrichtung um die Rotationsachse verlaufenden Bewegungsbahn zwei gemeinsame Kontaktpunkte auf und sind ausgebildet, bei einem durch eine zu der Ebene parallelen Bewegung des Bedienelements um die Rotationsachse hergestellten elektrischen Kontakt an dem jeweiligen Kontaktpunkt eine lokale Änderung eines elektrischen Feldes zu bewirken. Dabei kann jeweils ein Kontaktpunkt als ein definierter Schaltpunkt verstanden werden. Der zumindest eine kapazitive Sensor ist zudem an der Rückseite der Trennwand angeordnet und ist ausgebildet, die jeweilige lokale Änderung des elektrischen Feldes zu erfassen sowie der jeweiligen lokalen Änderung eine jeweilige Position auf der Sichtseite der Trennwand zuzuordnen. Durch die geschlossene Trennwand wird eine vollständige räumliche Trennung zwischen dem rückseitig angeordneten Sensor und dem sichtseitig angeordneten Bedienelement ermöglicht, wobei das Bedienelement haptisch erfassbar und betätigbar ist. Dabei ist das Bedienelement mechanisch auf die definierten Schaltpunkte bewegbar, an welchen zugleich Anschläge und/oder Rastpunkte zur Begrenzung der Bewegung des Bedienelements vorgesehen sein können.
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Eine vorteilhafte Variante der Bedieneinheit sieht vor, dass das Bedienelement zwei auf der Bewegungsbahn angeordnete und jeweils einem Kontaktpunkt zugeordnete Kontaktabschnitte zur Herstellung des elektrischen Kontakts an dem jeweiligen Kontaktpunkt aufweist, welche elektrisch leitfähig sind oder leitende Elemente aufweisen. Die Kontaktabschnitte des Bedienelements können zudem integral miteinander als ein durchgehender leitender Abschnitt ausgebildet sein.
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Ferner kann das Mittelelement an den Kontaktpunkten jeweils einen Kontaktabschnitt zur Herstellung des elektrischen Kontakts an dem jeweiligen Kontaktpunkt aufweisen, welcher elektrisch leitfähig ist oder jeweils dem Bedienelement zugwandte leitende Elemente aufweist.
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Die Kontaktabschnitte des Bedienelements oder die Kontaktabschnitte des Mittelelements können als eine Kontaktpille oder eine Schnappscheibe ausgebildet sein. Alternativ können die Kontaktabschnitte des Bedienelements oder die Kontaktabschnitte des Mittelelements eine Kontaktpille oder eine Schnappscheibe aufweisen. Weiter alternativ kann zwischen jeweils einem Kontaktabschnitt des Bedienelements und einem zugeordneten Kontaktabschnitt des Mittelelements, mit welchen der jeweilige Kontakt herstellbar ist, jeweils eine Kontaktpille oder eine Schnappscheibe angeordnet sein, um dadurch einen flächigen und gleichmäßigen Kontakt sowie gegebenenfalls ein haptisch erfassbares Schalten bereitstellen zu können.
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Das Bedienelement kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung an dem Mittelelement durch ein elastisches Element entlang der Bewegungsbahn beweglich gehalten sein, welches insbesondere eine Drehfeder ist. Weiter kann vorgesehen sein, dass das Bedienelement ausschließlich durch das elastische Element an dem Mittelelement gehalten und mittelbar über das Mittelelement an der Trennwand fixiert ist.
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Eine vorteilhafte Ausbildung der Bedieneinheit sieht vor, dass das Bedienelement von dem elastischen Element in eine Grundstellung federrückgestellt ist. Vorzugsweise stellt das Bedienelement in der Grundstellung keinen Kontakt an einem der Kontaktpunkte her, wobei alternativ auch vorgesehen sein kann, dass die Grundstellung an einem Kontaktpunkt liegt und in der Grundstellung entsprechend ein Kontakt hergestellt ist.
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Eine Variante sieht dabei jedoch vor, dass die Grundstellung entlang der Bewegungsbahn zwischen den Kontaktpunkten und insbesondere genau mittig zwischen den Kontaktpunkten angeordnet ist, sodass entsprechend gerade kein Kontakt an den beiden Kontaktpunkten hergestellt ist.
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Das Bedienelement kann gemäß einer Weiterbildung ein sich in Radialrichtung von der Rotationsachse weg erstreckender Bedienhebel sein.
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Obwohl auch Lösungen mit je einem kapazitiven Sensor je Kontaktpunkt möglich sind, sieht eine vorteilhafte Variante vor, dass der kapazitive Sensor ein Flächensensor ist, welcher zumindest im Bereich der Kontaktpunkte an der Rückseite der Trennwand angeordnet ist, sodass der Kontakt in beiden Kontaktpunkten von dem Flächensensor erfassbar und eine Position der Änderung des elektrischen Feldes bestimmbar ist.
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Die Kontaktpunkte bilden zudem vorzugsweise in Umfangsrichtung einen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Bedienelements entlang der Bewegungsbahn.
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Weiter kann auch eine Verrastung des Bedienelements in einer bzw. beiden den Kontakt an dem Kontaktpunkt herstellenden Stellungen vorgesehen sein.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Bedieneinheit eine mit dem kapazitiven Sensor verbundene Auswerteelektronik aufweist, welche ausgebildet ist, eine jeweilige der Position zugeordnete zu schaltende Funktion auszulösen. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Auswerteelektronik aus den von dem zumindest einen kapazitiven Sensor erfassten lokalen Änderungen des elektrischen Feldes an dem jeweiligen Kontaktpunkt und/oder aus den von dem zumindest einen kapazitiven Sensor bestimmten Positionen der Änderungen des elektrischen Feldes eine Richtung bestimmt, in welche das Bedienelement bewegt wurde. Ausgehend von der Richtung der Betätigung oder der Position der Änderung des elektrischen Feldes kann von der Auswerteelektronik eine jeweils zugeordnete Funktion ausgelöst werden.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine erste Variante einer Bedieneinheit in Grundstellung;
- 2 die erste Variante der Bedieneinheit in einer betätigten Stellung.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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Die 1 und 2 zeigen eine beispielhafte Bedieneinheit 1 mit einem Paar von Kontaktpunkten A1, A2, wobei 1 die Bedieneinheit 1 in einer unbetätigten Stellung d.h. in einer neutralen Grundstellung und 2 die Bedieneinheit 1 in einer betätigten Stellung abbildet.
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Die kapazitive Bedieneinheit 1 ist in einer Draufsicht dargestellt, sodass die Ebene in welcher die Trennwand 10 verläuft der Darstellungsebene entspricht, wobei die Sichtseite der Trennwand 10 dem Betrachter zugewandt und die Rückseite der Trennwand 10 vom Betrachter abgewandt ist.
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Auf der Sichtseite der Trennwand 10 ist das an der Trennwand 10 fixierte Mittelelement 20 angeordnet, welches entsprechend bezüglich seiner Position zur Trennwand 10 festgelegt und unbeweglich ist. Weiter ist an der Sichtseite der Trennwand 10 das Bedienelement 30 angeordnet, welches über das als Drehfeder ausgebildete elastische Element 40 beweglich an dem Mittelelement 20 gehalten wird und dadurch entlang der Bewegungsbahn B in Umfangsrichtung U um die durch das Mittelelement 20 bestimmte Rotationsachse X und parallel der Ebene bzw. parallel der Trennwand 10 rotierbar ist.
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Das Mittelement 20 und das Bedienelement 30 weisen entlang der Bewegungsbahn B zwei gemeinsame Kontaktpunkte A1, A2 auf. In der in 1 dargestellten unbetätigten Stellung liegt an keinem der Kontaktpunkte A1, A2 ein elektrisch leitender Kontakt zwischen Mittelelement 20 und Bedienelement 30 vor. Wird das als Hebel ausgebildete Bedienelement 30 an seinem in Radialrichtung äußeren Abschnitt entlang der Bewegungsbahn B mit einer Kraft beaufschlagt bzw. bewegt, kommt es abhängig von der Bewegungsrichtung an einem der Kontaktpunkte A1, A2 zu einem elektrischen Kontakt zwischen dem jeweiligen Kontaktabschnitt 31, 32 des Bedienelements 30 und dem jeweiligen Kontaktabschnitt 21, 22 des Mittelelements 20.
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In der in 2 dargestellten betätigten Stellung ist das Bedienelement 30 in der Darstellungsebene von unten mit einer Kraft F beaufschlagt, wodurch das Bedienelement 30 entlang der Bewegungsbahn B in Umfangsrichtung U um die Rotationsachse X zu dem ersten Kontaktpunkt A1 hin verdreht ist, sodass es an diesem zu einem Kontakt zwischen Bedienelement 30 und Mittelelement 20 kommt.
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Der elektrische Kontakt wird an dem ersten Kontaktpunkt A1 dabei durch den dem ersten Kontaktpunkt A1 zugewandten ersten Kontaktabschnitt 31 des Bedienelements 30 und dem zugehörigen ersten Kontaktabschnitt 21 des Mittelelements 20 hergestellt.
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Hierfür können die beiden Kontaktabschnitte 31, 32 des Bedienelements 30 integral miteinander ausgebildet sein.
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Die Kontaktabschnitte 21, 22 des Mittelelements 20 können beispielsweise durch leitende Platten gebildet werden, welche an einem äußeren Ringelement 23 des Mittelelements 20 fixiert sind.
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Das äußere Ringelement 23 umgibt das als Drehfeder ausgebildete elastische Element 40 und das innere Zentralelement 24 des Mittelelements 20.
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Die Drehfeder bzw. das elastische Element 40 stützt sich an dem Zentralelement 24 und/oder dem Ringelement 23 ab und hält das Bedienelement 30 federrückgestellt in der in 1 dargestellten neutralen Grundstellung.
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Kommt es an dem ersten oder zweiten Kontaktpunkt A1, A2 zu dem elektrischen Kontakt, wird dadurch an dem jeweiligen Kontaktpunkt A1, A2 ein elektrisches Feld beeinflusst, wobei diesen jeweiligen lokalen Änderungen von dem verdeckt hinter der Trennwand 10 angeordneten kapazitiven Sensor 11 erfassbar sind.
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Entsprechend ist getrennt von der Sichtseite der Trennwand 10 und dem darauf angeordneten Mittelelement 20 und Bedienelement 30 an der Rückseite der Trennwand 10 der kapazitiver Sensor 11 vorgesehen, welcher in den Figuren entsprechend verdeckt und daher gestrichelt dargestellt ist. Der Sensor 11 ist als ein Flächensensor ausgebildet und deckt den Bereich an der Rückseite der Trennwand 10 ab, an welchem an der Sichtseite der Trennwand 10 die Kontaktpunkte A1, A2 liegen.
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Kommt es durch den elektrischen Kontakt an den Kontaktpunkten A1, A2 zu der jeweiligen lokalen Änderung des elektrischen Feldes, wird diese Änderung von dem kapazitiven Sensor 11 detektiert und die Position der Änderung erfasst, sodass bestimmbar ist, ob es an dem ersten Kontaktpunkt A1 oder dem zweiten Kontaktpunkt A2 zu dem elektrischen Kontakt gekommen ist. Entsprechend kann durch den Sensor 11 oder durch eine mit dem Sensor 11 verbundene, nicht dargestellte Auswerteelektronik eine dem jeweiligen Kontaktpunkt A1, A2 bzw. der zu dem jeweiligen Kontakt führenden Bewegung zugeordnete Funktion ausgelöst werden.
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Bezogen auf die in den 1 und 2 vereinfachte Ausführungsform kann durch das Bedienelement 30 beispielsweise ein elektrisch betätigbares Fenster oder eine Fahrzeugtür angesteuert werden, wobei das Fenster beispielsweise hochgefahren wird, wenn es an dem ersten Kontaktpunkt A1 zu einem Kontakt kommt und welches heruntergefahren wird, wenn es an dem zweiten Kontaktpunkt A2 zu einem Kontakt kommt. Die Tür kann durch den jeweiligen Kontakt beispielsweise geöffnet oder geschlossen werden.
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Zur Änderung des elektrischen Feldes kann das Bedienelement 30 zumindest im Bereich der Kontaktabschnitte 31,32 aus einem leitenden Material gebildet sein und/oder an diesen eine leitende Beschichtung oder elektrische Bauteile aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 11012069 B2 [0003]
- US 2021/0320659 A1 [0005]
- DE 102006043619 A1 [0006]
