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Die vorliegende Erfindung betrifft eine berührungs- und/oder annäherungsempfindliche Berührungstaste, insbesondere mit kapazitiver Sensorik, und eine Bedienvorrichtung mit einer solchen Berührungstaste.
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Bei Berührungstasten wird die Berührung ihres Bedienfeldes und/oder die Annäherung an ihr Bedienfeld häufig durch eine kapazitive Sensorik erfasst, wobei das Bedienfeld durch eine dielektrische Deckplatte bereitgestellt wird. Wenn das Bedienfeld der Berührungstaste mit einem Finger berührt oder angenähert wird, ändert sich die Kapazität eines einerseits durch den Finger und andererseits durch ein vom Bedienfeld beabstandetes Sensorelement gebildeten Kondensators. Die Empfindlichkeit der kapazitiven Sensorik der Berührungstaste hängt von der Materialstärke, der dielektrischen Permeabilität und der Oberfläche der Deckplatte ab. In einigen Anwendungen ist die Schichtdicke der dielektrischen Deckplatte wegen mechanischer Anforderungen von Bedeutung, aber die größere Schichtdicke der dielektrischen Deckplatte verringert die Empfindlichkeit der kapazitiven Sensorik. Bei herkömmlichen Berührungstasten mit kapazitiver Sensorik war deshalb häufig eine reduzierte Schichtdicke der Deckplatte erforderlich oder musste eine mechanische und/oder elektrische Umstrukturierung der Berührungstaste vorgenommen werden.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Berührungstaste zur Verwendung in einer Bedienvorrichtung zu schaffen, bei der die Empfindlichkeit der kapazitiven Sensorik auch bei größeren Schichtdicken der dielektrischen Deckplatte effektiv und zuverlässig ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Berührungstaste zur Verwendung in einer Bedienvorrichtung, die im unabhängigen Anspruch 1 definiert ist. Einige vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße berührungs- und/oder annäherungsempfindliche Berührungstaste zur Verwendung in einer Bedienvorrichtung umfasst eine dielektrische Deckplatte, die auf ihrer einem Benutzer zugewandten Vorderseite ein Bedienfeld bereitstellt; und ein kapazitives Sensorelement zum Erfassen einer Berührung des Bedienfeldes und/oder einer Annäherung an das Bedienfeld, das im Bereich des Bedienfeldes hinter der dem Benutzer abgewandten Rückseite der Deckplatte angeordnet ist und mit einer Steuereinrichtung verbunden ist. Gemäß der Erfindung ist außerdem in der Deckplatte im Bereich des Bedienfeldes mit Abstand zum Sensorelement eine elektrisch leitfähige Scheibe (d.h. Scheibe aus elektrisch leitfähigem Material) eingefügt.
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Bei dieser Struktur der Deckplatte mit eingefügter elektrisch leitfähiger Scheibe wird der Kondensator, dessen Kapazität sich ändert, wenn das Bedienfeld der Berührungstaste mit einem Finger berührt oder angenähert wird, durch diese elektrisch leitfähige Scheibe und das Sensorelement gebildet. Da die dielektrische Schichtdicke der Deckplatte im Bereich zwischen der eingefügten Scheibe und des Sensorelements geringer ist als die gesamte Schichtdicke der Deckplatte, bleibt die Empfindlichkeit der kapazitiven Sensorik auch beim Einsatz von Deckplatten mit erhöhten Schichtdicken sehr effektiv und zuverlässig, sodass die Schichtdicke der Deckplatte nicht reduziert werden muss und auch die mechanische und die elektrische Struktur der Berührungstaste nicht modifiziert werden muss.
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Die dielektrische Deckplatte ist zum Beispiel aus Glas, Plexiglas, transparenter Keramik oder Kunststoff gebildet. Das Sensorelement kann wahlweise mit oder ohne Abstand zur Rückseite der Deckplatte angeordnet sein, was zum Beispiel je nach Schichtdicke der Deckplatte vorteilhafter ist.
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Die in die Deckplatte eingefügte elektrisch leitfähige Scheibe kann wahlweise in der Vorderseite der Deckplatte oder mit etwas Abstand zur Vorderseite der Deckplatte angeordnet sein. Die Anordnung der elektrisch leitfähigen Scheibe in der Vorderseite der Deckplatte, d.h. ohne Überdeckung durch die Deckschicht auf deren Vorderseite und Bereitstellen des Bedienfeldes durch diese Scheibe, ist insbesondere vorteilhaft zum Erfassen der Berührung durch die kapazitive Sensorik, da der Benutzer beim Berühren des Bedienfeldes mit seinem Finger die eingefügte Scheibe direkt kontaktiert und sich damit die Kapazität des durch die elektrisch leitfähige Scheibe und das Sensorelement gebildeten Kondensators stärker verändert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung hat die elektrisch leitfähige Scheibe eine größere Fläche als das Sensorelement. Bei herkömmlichen Berührungstasten wird das Bedienfeld im Wesentlichen durch die Fläche des Sensorelements generiert. Bei der erfindungsgemäßen Berührungstaste wird das Bedienfeld hingegen durch die Fläche der in die Deckplatte eingefügten elektrisch leitfähigen Scheibe generiert. Aus diesem Grund kann das dem Benutzer bereitgestellte Bedienfeld durch eine größere Scheibe in der Deckplatte vergrößert werden, ohne dass die elektrische Struktur der Berührungstaste angepasst werden muss, d.h. insbesondere kein größeres Sensorelement eingesetzt werden muss.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrisch leitfähige Scheibe auf ihrer der Vorderseite der Deckplatte zugewandten Seite mit wenigstens einem ersten Dekorationselement zum optischen Kennzeichnen des Bedienfeldes und/oder wenigstens einem zweiten Dekorationselement zum optischen Kennzeichnen der Funktion der Berührungstaste ausgestattet. Durch die in die Deckplatte eingefügte elektrisch leitfähige Scheibe müssen somit nicht zusätzliche Dekorationselemente eingesetzt werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Berührungstaste ferner eine Leiterplatte auf, die mit Abstand zur Deckplatte hinter der Rückseite der Deckplatte angeordnet ist, und ein Kopplungselement zum Montieren des Sensorelements auf der der Deckplatte zugewandten Seite der Leiterplatte, wobei das Kopplungselement auch ein elektrisches Verbindungselement zum Verbinden des Sensorelements mit der Leiterplatte enthält. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Berührungstaste ferner eine Trägerplatte auf, die mit Abstand zur Deckplatte hinter der Rückseite der Deckplatte angeordnet ist und auf der das Sensorelement montiert ist, und wenigstens ein elektrisches Verbindungselement zum Verbinden des Sensorelements mit einer Leiterplatte der Bedienvorrichtung. Je nach Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung zum Beispiel mit der Leiterplatte der Berührungstaste oder mit der Leiterplatte der Bedienvorrichtung verbunden oder integriert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Deckplatte der Berührungstaste zumindest teilweise lichtdurchlässig ausgestaltet und weist die Berührungstaste wenigstens eine Lichtquelle (z.B. Leuchtdiode) zum Beleuchten der Deckplatte auf. Durch die Beleuchtung der Deckplatte kann dem Benutzer zum Beispiel das Bedienfeld deutlich gekennzeichnet werden, ein optisches Feedback beim Erfassen der Berührung des Bedienfeldes gegeben werden und/oder ein Status der Bedienvorrichtung bzw. des an die Bedienvorrichtung gekoppelten Gerätes mitgeteilt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Bedienvorrichtung, die wenigstens eine oben beschriebene berührungs- und/oder annäherungsempfindliche Berührungstaste gemäß der Erfindung und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Berührungstaste und Auswerten der vom kapazitiven Sensorelement der Berührungstaste erzeugten Messsignale bezüglich der Berührung des Bedienfeldes oder der Annäherung an das Bedienfeld durch einen Benutzer aufweist. Je nach Ausführungsform der Berührungstaste kann die Steuereinrichtung zum Beispiel mit der Leiterplatte der Berührungstaste verbunden sein oder auf einer Leiterplatte der Bedienvorrichtung, mit der das wenigstens eine elektrische Verbindungselement verbunden ist, montiert sein. Die wenigstens eine Berührungstaste kann insbesondere in einer Bedienblende der Bedienvorrichtung bzw. des Geräts, an das die Bedienvorrichtung angekoppelt ist, eingesetzt sein.
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Die oben beschriebene Erfindung (Berührungstaste bzw. Bedienvorrichtung) ist bevorzugt und vorteilhaft anwendbar für zum Beispiel Haushaltsgeräte (z.B. elektrischer Ofen, Mikrowelle, Spülmaschine, Waschmaschine, Kühlschrank, etc.).
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Der Erfindungsgegenstand ist durch die anhängenden Ansprüche definiert. Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, zum Teil schematisch:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Berührungstaste gemäß der Erfindung;
- 2 eine besondere Ausführungsvariante der elektrisch leitfähigen Scheibe für die Berührungstaste gemäß der Erfindung; und
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Berührungstaste gemäß der Erfindung.
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Bezugnehmend auf 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Berührungstaste erläutert, die in einer Bedienvorrichtung zum Beispiel für ein Haushaltsgerät verwendet werden kann. Die Berührungstaste kann optional berührungsempfindlich oder annäherungsempfindlich oder berührungs- und annäherungsempfindlich sein.
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Die Berührungstaste 10 hat eine dielektrische Deckplatte 12, zum Beispiel aus Glas oder einem Kunststoffmaterial, mit einer einem Benutzer zugewandten Vorderseite 12a und einer dem Benutzer abgewandten Rückseite 12b. Die dielektrische Deckplatte 12 kann zum Beispiel durch eine Bedienblende des zu bedienenden Haushaltsgeräts gebildet sein. Die Deckplatte 12 stellt dem Benutzer auf ihrer Vorderseite 12a ein Bedienfeld 14 bereit, das er mit seinem Finger 15 berühren kann oder an das er seinen Finger 15 annähern kann.
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Zum Erfassen eines Berührens oder Annäherns an das Bedienfeld 14 der Deckplatte 12 weist die Berührungstaste 10 eine kapazitive Sensorik auf. Diese kapazitive Sensorik weist im Wesentlichen ein kapazitives Sensorelement 16 auf, das im Bereich des Bedienfeldes 14 mit etwas Abstand hinter der Rückseite 12b der Deckplatte 12 angeordnet ist. Das Sensorelement 16 ist durch ein Kopplungselement 18 auf einer der Deckplatte 12 zugewandten Seite der Leiterplatte 21 montiert, die mit Abstand zur Deckplatte 12 hinter deren Rückseite 12b angeordnet ist. Das Kopplungselement 18 enthält auch ein elektrisches Verbindungselement 19, mit dem das Sensorelement 16 mit der Leiterplatte 21 elektrisch verbunden ist, um auch mit einer Steuereinrichtung 22 der zugehörigen Bedienvorrichtung 20 verbunden zu sein, in der die Berührungstaste 10 eingebaut ist. Die Steuereinrichtung 22 der Bedienvorrichtung 20 ist konfiguriert, um die Berührungstaste 10 anzusteuern und die vom kapazitiven Sensorelement 16 der Berührungstaste 10 erzeugten Messsignale auszuwerten. Wie in 1 dargestellt, kann auf der Leiterplatte 21 der Berührungstaste 10 auch wenigstens eine Leuchtdiode 23 als Lichtquelle vorhanden sein, um die Deckplatte 12 zu beleuchten, wobei die Deckplatte 12 bei dieser Ausführungsform dann zumindest teilweise lichtdurchlässig ist.
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Gemäß der Erfindung ist in der Deckplatte 12 im Bereich des Bedienfeldes 14 außerdem eine elektrisch leitfähige Scheibe 24 eingefügt. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese Scheibe 24 direkt in der Vorderseite 12a der Deckplatte 12 eingefügt, sodass sie vom Benutzer mit dem Finger 15 direkt berührt werden kann. Andererseits ist die Scheibe 24 von der Rückseite 12b der Deckplatte 12 beabstandet und somit auch deutlich vom Sensorelement 16 hinter der Rückseite 12b der Deckplatte 12 beabstandet.
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Die in die Deckplatte 12 eingefügte Scheibe 24 definiert auch das Bedienfeld 14 der Berührungstaste 10. Im Ausführungsbeispiel von 1 ist die Fläche der Scheibe 24 etwas größer als die Fläche des Sensorelements 16, sodass das Bedienfeld 14 gegenüber dem Sensorelement 16 etwas erweitert ist.
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Wie in 1 angedeutet, hat die dielektrische Deckplatte 12 eine Schichtdicke 30 zwischen der Vorderseite 12a und der Rückseite 12b, wobei die dielektrische Schichtdicke 31 im Bereich des Bedienfeldes 14 zwischen der eingefügten Scheibe 24 und der Rückseite 12b der Deckplatte 12 deutlich geringer ist. Selbst bei einer Deckplatte 12 mit großer Schichtdicke 12, was zum Beispiel aus mechanischen Gründen erforderlich sein kann, ist der Abstand 32 zwischen der Scheibe 24 und dem Sensorelement 16 trotzdem nicht zu groß, sodass die Empfindlichkeit der kapazitiven Sensorik zum Erfassen eines Berührens oder Annäherns an das Bedienfeld 14 der Berührungstaste effektiv und zuverlässig bleibt.
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2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante der in die Deckplatte 12 eingefügten Scheibe 24.
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Wie in 2 angedeutet, hat die elektrisch leitfähige Scheibe 24 auf ihrer der Vorderseite 12a der Deckplatte 12 zugewandten Seite (oben in 1) wenigstens ein erstes Dekorationselement 25 zum optischen Kennzeichnen des Bedienfeldes 14 und wenigstens ein zweites Dekorationselement 26 zum optischen Kennzeichnen der Funktion der Berührungstaste 10. Auf eine zusätzliche Dekorationsschicht vor oder hinter der Deckplatte 12 kann auf diese Weise verzichtet werden.
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Bezugnehmend auf 3 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Berührungstaste erläutert. Gleiche bzw. analoge Komponenten sind mit denselben Bezugsziffern wie in 1 gekennzeichnet.
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Dieses zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die in die Deckplatte 12 eingefügte elektrisch leitfähige Scheibe 24 mit etwas Abstand zur Vorderseite 12a der Deckplatte 12 angeordnet ist, also auch auf der Vorderseite 12a der Deckplatte 12 von der Deckplatte 12 überlagert ist. Außerdem unterscheidet sich dieses zweite Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die das Sensorelement 16 hinter der Rückseite 12b der Deckplatte 12 auf einer Trägerplatte 28 angeordnet ist und über ein elektrisches Verbindungselement 19 mit einer Leiterplatte 29 der Bedienvorrichtung 20, auf der auch die Steuereinrichtung 22 der Bedienvorrichtung 20 vorhanden ist, verbunden ist.
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Im Übrigen entsprechen Aufbau und Funktionsweise dieser Berührungstaste von 3 jenen des ersten Ausführungsbeispiels von 1. Außerdem kann auch die anhand von 2 erläuterte Ausführungsvariante der elektrisch leitfähigen Scheibe 24 in der Berührungstaste von 3 verwendet werden.
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Der Erfindungsgegenstand ist durch die anhängenden Ansprüche definiert. Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele dienen nur dem besseren Verständnis der Erfindung, sollen aber nicht den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich einschränken. Wie für den Fachmann ersichtlich, sind auch noch andere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich, insbesondere durch Weglassen einzelner Merkmale aus den oder Hinzufügen zusätzlicher Merkmale in die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und durch weitere (nicht explizit erwähnte) Merkmalskombinationen von zwei oder mehr der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Berührungstaste
- 12
- dielektrische Deckplatte
- 12a
- Vorderseite der Deckplatte
- 12b
- Rückseite der Deckplatte
- 14
- Bedienfeld
- 15
- Finger
- 16
- kapazitives Sensorelement
- 18
- Kopplungselement
- 19
- elektrisches Verbindungselement
- 20
- Bedienvorrichtung
- 21
- Leiterplatte der Berührungstaste
- 22
- Steuereinrichtung
- 23
- Leuchtdiode
- 24
- elektrisch leitfähige Scheibe
- 25
- erstes Dekorationselement (zum optischen Kennzeichnen des Bedienfeldes)
- 26
- zweites Dekorationselement (zum optischen Kennzeichnen der Tastenfunktion)
- 28
- Trägerplatte für Sensorelement
- 29
- Leiterplatte der Bedienvorrichtung
- 30
- Schichtdicke der Deckplatte zwischen 12a und 12b
- 31
- Schichtdicke der Deckplatte zwischen 24 und 12b
- 32
- Abstand zwischen Scheibe und Sensorelement
