DE2806112C3 - Elektrischer Berührungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Berührungsschalter für einen Programmwähler eines Haushaltgerätes oder dergleichen, mit einer für eine Bedienungsperson zugänglichen, als Schalttaste dienenden, metallischen Berührungsfläche und mit zwei zueinander in Reihe geschalteten Kapazitäten, die an eine Betriebsstromquelle angeschlossen sind und von denen mindestens eine bei Berührung der Berührungsfläche einen Differenzstrom gegenüber dem berührungsfreien Zustandjiefert.

Bei den als »touch control« bezeichneten Berührungsschaltern dieser Art nach dem Prospekt »Multiplexed Touchcontrol Interface« S 9262/S 9266 der AMERICAN MICROSYSTEMS, INC. vom September 1976, sind auf der Rückseite eines als Programmwähler dienenden, aus einer Isolierstoffplatte hergestellten Schaltpultes jeweils zwei mit ihren Langseiten in geringem Abstand voneinander angeordnete, rechteckförmige Elektroden angebracht, dene auf der Frontseite der Platte jeweils eine quadratische Berührungselektrode gegenübersteht, die als Berührungsfläche dient und die beiden rückseitigen Elektroden überdeckt und zusammen mit diesen beiden Elektroden zwei zueinander in Reihe geschaltete Kapazitäten bildet.

Bei einem Bedienungstableau für Haushaltgeräte, wie Wasch- und Geschirrspülmaschinen, die mit einem elektronischen Programmsteuergerät ausgestattet sind, muß für die Vielzahl der anwählbaren Programme eine entsprechende Anzahl von Kurzhinweisen auf dem Bedienungstableau vorgesehen werden. Ein solches Bedienungstableau wird in der Regel im Siebdruckverfahren beschriftet und soll übersichtlich gestaltet, alle zur Bedienung des Haushaltgerätes notwendigen Programmwahlschalter mit zugehörigen Anzeigeleuchten und entsprechenden Programminhaltshinweisen inthalten. Das Bedienungstableau wird in der Regel aus Kunststoff hergestellt und muß aus Festigkeitsgründen eine Wandstärke von mindestens 2 bis 3 mm haben. Diese verhältnismäßig große Wandstärke bildet ein Hemmnis, den oben beschriebenen Berührungsschalter zur Programmwahl für die etwa zehn Programme umfassende Haushaltmaschine in das Bedienungstableau zu integrieren, weil mit zunehmender Wandstärke die Kapazitäten zwischen der BerUhrungselektrode und der ersten rückseitigen Elektrode einerseits und der Berührungselektrode und der zweiten rückseitigen Elektrode andererseits reziprok nach der Formel

Kapazität C = e. ■ F/d
abnimmt, wenn mit F die Fläche der rückseitigen

Elektroden und mit i/die Wandstärke bezeichnet wird.

Bei diesen obengenannten Wandstarken sind zur Erzielung ausreichend großer Kapazitäten entsprechend große rückwärtige Elektrodenplättchen notwendig, denen entsprechend große Berührungselektrodenflächen zugeordnet werden müssen. Große Elektrodenflachen würden zwar bei Berührung der Berührungsfläche einen entsprechend großen Differenzstrom gegenüber dem berührungsfreiun Zustand liefern und eine geringere Empfindlichkeit der nachgeordneten Steuerschaltung ermöglichen, jedoch einen großen Platz im Bedienungsfeld beanspruchen. Wollte man die Oberfläche der Berührungselektrode bzw. -elektroden klein und gefällig ausbilden, so müßte die Wandstärke zwischen den rückwärtigen Elektroden und der Berührungselektrode auf Bruchteile eines Millimeters herabgesetzt werden, was fertigungstechnisch einen erheblichen Aufwand mit sich bringen und zusätzliche Schwierigkeiten bei der elektrischen Verbindung zwischen den Elektrodenplättchen und der nachgeordneten Programmsteuerung aufweisen würde.

Aus der DE-OS 25 49 588 ist ein Berührungsschalter bekannt, welcher dem Oberbegriff des Hauptanspruchs entspricht und zueinander in Reihe geschaltete Kapazitäten enthält, welche durch Streufeldkondensatoren gebildet sind, bei weichen eine Abschirmung als Elektrode der Kondensatoren verwendet ist. Diese Schaltungsanordnung erfordert einen realtiv großen Aufwand, um den Streufeldkondensator samt seiner Abschirmung aufzubauen. Für die Herstellung des Streufeldkondensators ist eine spezielle Fertigungstechnik erforderlich, wenn bei kleinen Kondensatorabmessungen eine ausreichend große Kapazität erreicht werden soll. Bei einem Bedienungsfeld für eine größere Anzahl verschiedener Betriebsprogramme ist eine mindestens gleich große Anzahl von Tastflächen erforderlich, die zur Vermeidung von Fehlschaltungen Kantenlängen von 10 bis 20 mm aufweisen müssen. Für eine Vielzahl von Tastelementen ist der bekannte Streufeld-Kondensatoraufbau nicht geeignet, zumal dort die einzelnen Abschirmungsflächen gegeneinander getrennt in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden müssen, was den Platzbedarf erheblich vergrößert. Außerdem können bei den bekannten Streufeldkondensatoren die Kapazitätswerte nur in der Größen-Ordnung von einigen pF liegen, was zur Folge hat, daß wegen der geringen Kapazitätswerte die Betriebsspannung eine hohe Frequenz aufweisen muß, damit deutlich voneinander unterscheidbare Stromwerte sich einstellen können. Bei dem bekannten Berührungsschaher ist deswegen ein Hochfrequenzgenerator vorgesehen, welcher eine sinusförmige Ausgangsspannung von etwa 35 V bei einer Frequenz von ca. 20 kHz liefern soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Berührungsschalter zu schaffen, der einen wesentlich geringeren Aufwand erfordert und bei dem die o. g. Nachteile vermieden und die Platz-, Formgestaltung?;-, Material- und Bedienungsforderungen unabhängig von den notwendigen Mindestwerten der Kapazitäten realisiert werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Kapazitäten diskrete, als Wickelkondensatoren ausgebildete Kondensatoren vorgesehen sind und daß die beiden untereinander verbundenen, zu je einem der Kondensatoren gehörenden Kondensatorelektroden an die μ metallische Berührungsfläche angeschlossen sind und daß ferner als Generator die Nelzwechselspannung dient und die Ausgangsspannung des Generators etwa 5 V beträgt. Die Verwendung von diskreten Kondensatoren, deren Kapazität auch bei sehr geringen Abmessungen in der Größenordnung von Mikrofarad liegen kann und daher ohne weiteres die Verwendung der Netzfrequenz gestattet, ergibt eine sehr kompakte Bauweise mit mehreren, je einem Kastenfeld zugeordneten Kondensator-Paaren, bei welcher eine gegenseitige Beeinflussung mit ausreichender Sicherheit vermieden ist

Bei der oben geschilderten, erfindungsgemäßen Ausbildung des Berührungsschalters kann die Berührungsfläche in an sich bekannter Weise an der AuQen- oder Oberseite einer Isolierstoffplatte sitzen und die Kondensatoren können gegenüber der Rückseite der Isolierplatte, vorzugsweise einer Leiterplatte angeordnet sein. Die Montage eines Programmtableaus bzw. eines Bedienungsfeldes mit einer größeren Anzahl von jeweils einem Programm zugeordneten Berührungselektroden kann in weiterer Ausgestaltung dadurch erleichtert werden, daß die mit den Kondensatoren verbundene Leiterplatte von der die Berührungsfiäche tragenden Isolierstoffplatte mechan^rh trennbar ausgebildet ist, vorzugsweise im Abstand von ~er Isolierstoffplatte angeordnet ist. Hierbei können zur Erleichterung der Montage für den Anschluß der Berührungsfläche an die Kondensatoren federelastische Verbindungsmittel vorgesehen sein, die unter Vorspannung mit der Berührungsfiäche Kontakt haben, insbesondere an der Unter- oder Rückseite der Berührungsfläche anliegen. Als Verbindungsmittel eignen sich besonders gut in ihrer Längsrichtung abgefederte Drahtstifte oder Schrauben- bzw. Blattfedern und ähnliche Verbindungsmittel, wobei die Federn vorteilhaft zum Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen dienen können.

Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform wäre dermaßen denkbar, daß statt einer von der Leiterplatte trennbaren, als Träger der Berührungselektrode dienenden Isolierstoffplatte nur eine Leiterplatte vorgesehen ist, die an ihrer Unterseite mit Leiterbahnen versehen ist und als Träger der diskreten Kondensatoren dient, gleichzeitig auf ihrer Oberseite durch Oberflächenbehandlung, insbesondere durch Aufkaschieren, Aufdrukkeii oder Aufdampfen erzeugte Berührungsflächen trägt, welche durch Durchkontaktierung mit den Leiterbahnen der Leiterplatte und deren Bauteilen verbunden sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, welche in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema zur Verwendung des erfindungsgemäßen Berührungsschalters und

F i g. 2 eine andere Verwendungsform für den erfindungsgemäßen Berührungsschalter in einer kapazitiven Brückenanordnung,

F i g. 3 eine erste konstruktive Ausführungsform von federelastisch ausgebildeten Verbindungsmitteln zum Anschluß der Berührungsfläche an eine Leiterbahn,

F i g. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel ebenfalls teilweise in der Ansicht und teilweise im Schnitt und

F i g. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel für federelastische Verbindungsmittel.

In Fig. i ist schematisch ein Berührungsschalter für einen Programmwähler eines im übrigen nichi dargestellten Haushaltsgerätes, beispielsweise einer Waschoder Geschirrspülmaschine angedeutet, bei welchem eine als Schalttaste dienende, metallische Berührungsfläche 1 an der Au&enseite eines nicht dargestellten Bedienungstableaus sitzt und für eine bei 2 angedeutete

Bedienungsperson beispielsweise mit einem Finger zur Einleitung eines Schaltvorganges berührbar ist. Die Berührungsfläche ist an die Verbindungsleitung 3 zwischen zwei Kapazitäten 4 und 5 angeschlossen, die zueinander in Reihe geschaltet sind und an den Ausgangsklemmen eines Wechselstromgenera tors 6 angeschlossen sind. Der Generator 6 hat eine für die Bedienungsperson 2 völlig ungefährliche, niedrige Ausgangsspannung von beispielsweise 5 Volt und kann vorteilhaft als Sekundärwicklung eines üblichen Trenntransformators ausgebildet sein, welcher mit seiner Primärwicklung an ein nicht dargestelltes Wechsel stromnetz angeschlossen werden kann.

Sobald die Bedienungsperson 2 die Berührungsfläche 1 auf dem nicht dargestellten Bedienungstableau berührt, wird über den Körper der Bedienungsperson 2 der Strom durch die Kapazitäten 4 und 5 bedampft, wodurch ein Differenzstrom ΔΙ gegenüber dem berührungsfreien Zustand entsteht. Der Differenzstrom Ai wird in einem Schajtgerat 8 verstärkt und zur Ausführung eines Schaltvorganges benutzt, der das mit der Berührungsfläche 1 verbundene .Steuerprogramm einleitet.

Bei der in Fig. 2 schematisch wiedergegebenen Anwendungsform ist die Berührungsfläche I ebenfalls an die Verbindungsleitung 3 der beiden miteinander in Reihe liegenden Kapazitäten 4 und 5 angeschlossen. Parallel zu diesen Kapazitäten liegen zwei Hilfskapazitäten 9 und 10 derart, daß sich eine kapazitive Brückenschaltung ergibt, bei welcher der Verbindiingspunkt 11 der beiden Hilfskapazitäten 9 und 10 an einem der beiden Eingänge eines Operationsverstärkers 12 und die Verbindungsleitung 3 am zweiten Eingang dieses Operationsvei starkers liegt. An den Ausgang des Operationsverstärkers ist ein bistabiler Schalter 13 angeschlossen. Dieser bleibt solange in seinem Ausgangszustand, bis die Bedienungsperson 2 auf die Berührungsfläche 1 tippt, wodurch die kapazitive Brücke verstimmt wird und über den Operationsverstärker 12 den Schalter 13 :n seinen Ein-Zustand bringt. Um eine sichere Auswertung der beim Berühren der Berührungsfläche 1 entstehenden Differenzströme oder f)ifff»rpn7snanniino sirhpryiittpllpn wirrt pinp opu/ksp Mindestkapazität und eine entsprechende Änderung der wirksamen Kapazität bei der Berührung benötigt. Um die für das Bedienungstableau zu stellenden Platz-. Formgestaltungs-. Material- und Bedienungsforderungcn in einfacher Weise erfüllen zu können, sind die Kapazitäten 4 und 5 gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 5 als diskrete Kondensatoren 14 bzw. 15 ausgebildet. Diese können die Form von Wickeikondensat~ren haben und sind auf einer Leiterplatte 16 montiert, welche wenigstens eine die dargestellten Anschlußenden der Kondensatoren i4 und I.S verbindende Leiterbahn trägt, an welche ein in den Fig. 3 bis 5 als Berührungsfläche 1 dienendes Metallplättchen 17 bzw. 18 (F ig. 4) lösbar angeschlossen werden soll. Diese Lösbarkeit soll es erlauben, daß das Bedienungstableau 19, welches als eine von der Leiterplatte 16 getrennt hergestellte Isolierstoffplatte vorgesehen ist und an ihrer Oberseite verschiedene, jeweils einem einzelnen Steuerprogramm zugeordnete Metallplättchen 17 trägt, räumlich für die Montagezwecke getrennt und von der darunterliegenden Leiterplatte abgenommen werden kann, um etwa auf der Leiterplatte befindliche Dioden, Kontroll-Lampcn und den gesamten Programmspeicher zugänglich zu machen.

Zum elektrischen Anschluß des Metallplättchcns 17 an die beiden Kondensatoren 14 und 15 ist eine auf der gleichen, nicht dargestellten Leiterbahn, welche die beiden Kondensatoren verbindet, eine Hülse 20 aufgesetzt, welche nach Fi g. 3 eine unter Vorspannung stehende bruckieder 21 enthalt. iJiese ist bestrebt, einen in die Hülse 20 eingeschobenen, steifen Drahtstift 22 durch ein Loch 23 in der Isolierstoffplatte 19 gegen die Unterseite des Metallplättchens 17 gespannt zu halten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F ι g. 4 sind als elektrische Verbindungsmittel zu den in größerer Anzahl auf dem Tableau vorgesehenen Metallplättchen 18 jeweils schwach gekrümmte Blattfedern 25 vo -gesehen, welche über die nicht dargestellte Leiterbahn einer Leiterpudti' 26 mit den beiden auf dieser Leiterplatte angeordneten Kondensatoren 14 und 15 verbunden sind, jedes der Metallplättchen 18 hat einen als Hohlniet ausgebildeten Ansatz 27, der an meinem unteren, über die Isolierstoffplatte 19 vorstehenden Endabschnitt /u einem Nietkopf 28 geformt ist. gegen den die Blattfeder 25 anliegt und die elektrische Verbindung herstellt.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist das als Berührungsfläche dienende Metallplättchen 17 ebenso wie in F i g. 3 in die Oberseite des Tableau* 19 versenkt eingelassen. Zu seiner elektrischen Verbindung mit der Leiterplatte 16 und den auf dieser sitzenden Kondensatoren 14 und 15 ist eine auf Druck vorgespannte Schraubenfeder 14 vorgesehen, die in einem in Flärhpnhprpirh dps Plstirhpns 17 an der Unterseite dpr Isolierstoffplatte 19 angeformten, hülsenförmigen Ansatz 31 längsgeführt ist. Die Schraubenfeder 30 liegt mit ihrem oberen Ende gegen die Unterseite des Metallplättchens 17 an und stützt sich mit ihrem unteren Ende auf der nicht dargestellten, die Kondensatoren Hund 15 verbindenden Leiterbahn der Leiterplatte 16 ab.

Durch die dargestellten federelastischen Verbindungsmittel wird der Zusammenbau wesentlich erleichtert, zumal sich Herstellungs- und Montagetoleinnzen leicht durch diese Verbindungsmittel ausgleichen lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche;

1. Elektrischer Berührungsschalter für einen Programmwähler eines Haushaltsgerätes, mit einer für eine Bedienungsperson zugänglichen, als Schalttaste dienenden, metallischen Berührungsfläche und mit zwei zueinander in Reihe geschalteten Kapazitäten, die an die Ausgangswechselspannung eines Generators angeschlossen sind von denen mindestens eine bei Berührung der Berührungsfläche einen Differenzstrom gegenüber dem berührungsfreien Zustand liefert, dadurch gekennzeichnet, daß als Kapazitäten (4, 5) diskrete, als Wickelkondensatoren ausgebildete Kondensatoren (14, 15) vorgesehen sind und daß die beiden untereinander verbundenen, zu je einem der Kondenstoren gehörenden Kondensatorelektroden an die Berührungsfläche (1, 17, 18) angeschlossen sind und daß ferner als Generator die Netzwechselspannung dient und die Ausgangsspannung des Generators etwa 5 Vb^trägt.

2. Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche (17) an der Außen- oder Oberseite einer Isolierstoffplatte (19) sitzt und daß die Kondensatoren (14, 15) gegenüber der Rückseite der Isolierplatte, vorzugsweise auf einer Leiterplatte (<5, 26) angeordnet sind.

3. Berührungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (16,26) von der Isolierstoffplatte (19) mechanisch trennbar ausgebildet, vorzugsweise im Abstand von der Isolierstoffplatte angeordnet ist.

4. Berührungsscha'ter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß der Berührungsfläche (17,18) an df- Kondensatoren (14, 15) federelastische Verbindungsmittel (20, 21, 22 bzw. 25 bzw. 30) vorgesehen sind, die unter Vorspannung mit der Berührungsfläche Kontakt haben, insbesondere an der Unter- oder Rückseite der Berührungsfläche anliegen.

5. Berührungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsmittel eine mit den Kondensatoren (14,15) leitend verbundene, aaf der Leiterplatte (16) sitzende Hülse (20) vorgesehen ist, die einen durch einen Ausschnitt (23) gegen die Unterseite eines als Berührungsfläche dienenden Metallplättchen zur Anlage kommenden Metallstift enthält, der von einer ebenfalls in der Hülse untergebrachten Druckfeder (21) gegen das Metallplättchen gespannt gehalten wird.

6. Berührungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß als Verbindungsmittel eine Blattfeder (25), vorzugsweise eine gewölbte Blattfeder (25) vorgesehen ist.

7. Berührungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem als Berührungsfläche dienenden Metallplättchen (28) ein Niet-Ansatz (27) verbunden ist, der an seiner über die Unterseite der Isolierstoffplatte (19) vorstehenden Endzone als Nietkopf (28) ausgebildet ist, gegen welche die Blattfeder (25) unter Vorspannung anliegt,

8. Berührungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nieteinsatz (27) hülsenförmig ausgebildet ist.

9. Berührungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Isolierstoffplatte (19) eine Führungshülse (31) für eine

Druckfeder (30) angeordnet ist, welche mit ihrem einen Federende gegen die Rückseite eines vorzugsweise vertieft in der Isolierstoffplatte angeordneten Metallplättchen (17) anliegt und mit seinem anderen Federabschnitt sich auf einer die beiden Kondensatoren (14, 15) verbindenden Leiterbahn bzw, einer Leiterplatte (16) abstützt,

10. Berührungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Träger der diskreten Kondensatoren (14, 15) dienende Leiterkette auf ihrer Oberseite die vorzugsweise durch Oberflächenbehandlung erzeugte Berührungsfläche (1) enthält und daß die Berührungsfläche zu den Leiterbahnen der Leiterplatte durchkontaktiert ist.