DE2845494A1

DE2845494A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb eines beruehrungsschalters

Info

Publication number: DE2845494A1
Application number: DE19782845494
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing Grad Kupferer; Eugen Ing Grad Siffrin
Original assignee: EURO HAUSGERAETE GmbH
Current assignee: Bauknecht Hausgeraete GmbH
Priority date: 1978-10-19
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1980-04-30
Also published as: FR2439510A1; SE443902B; IT1119223B; FR2439510B1; SE7908543L; DE2845494C2; GB2036330A; GB2036330B; JPS5588427A; IT7969009A0

Description

EURO HAUSGERÄTE GMBH., 6680 Neunkirchen (Saar)

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Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Berührungsschalters

Für elektrische Steuerungen, insbesondere auch für Steuerungen elektrischer Haushaltgeräte, ist es bekannt, anstelle von Dreh- oder Tastschaltern sogenannte Berührungsschalter einzusetzen, bei denen entweder auf kapazitiver Basis oder auch durch Veränderung eines Widerstandes über eine nachgeschaltete Auswertschaltung der gewünschte Schaltzustand hergestellt wird.

Für kapazitive Berührungsschalter, sogenannte "touchs", ist es bekannt, die schaltaktiven Flächen als dünne Metallschichten auf isolierende Platten, z.B. Glasplatten, aufzubringen. Zum Betrieb eines solchen kapazitiven Schalters ist es bekannt, einen Rechteck-Impulsgenerator als Geber zu verwenden, den Ausgang des Generators auf die kapazitiven Flächen zu schalten, und zwar derart, daß zwei hintereinander geschaltete kleine Kapazitäten über die Berührungsfläche miteinander verbunden sind, so daß eine Bedienungsperson bei Berührung der Fläche eine Ableitkapazität zur Masse bildet. Der Ausgang dieses kapazitiven Berührungsschalters wird auf ein Integrationsglied gegeben, das die über die Kapazität des Berührungsschalters laufenden Impulsspitzen des Rechteck-Generators in eine äquivalente Gleichspannung umformt, die ihrerseits über ein Verstärkungsglied die Schaltstufen steuert.

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Es sei angenommen, daß die dem Berührungsschalter zugeordneten Kapazitätsflächen so bemessen sind, daß sich am Integrationsglied Spannungsspitzen ausreichender Höhe ergeben. Wird nun die Sensorfläche des Berührungsschalters über den Körper eines Bedienenden als kapazitive Größe belastet, so werden die Impulse praktisch kurzgeschlossen und der Integrator ist nicht mehr in der Lage, die nachfolgende Verstärkerstufe auszusteuern. Die Schaltstufe bekommt damit ein anderes Signal und schaltet.

Bei der bekannten Ausführungsform muß wegen der notwendigen Hintereinanderschaltung zweier Kapazitäten die schaltaktive Fläche des Berührungsschalters relativ groß sein und ferner müssen die Spannungsspitzen des Generators ebenfalls verhältnismäßig groß sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Berührungsschalters der angegebenen Art aufzubauen, die hinsichtlich der Schaltungssicherheit, d.h. auch hinsichtlich der Fremdbeeinflußbarkeit, den bekannten Schaltungen überlegen ist und ferner mit wesentlich kleineren Flächen insbesondere bei kapazitiven Schaltern auskommt.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Ausgang eines Impulsgebers, vorzugsweise eines Rechteck-Impulsgenerators, zum einen direkt und zum anderen über einen Widerstand auf die Eingänge eines UND-Gatters und daß der Eingang mit dem vorgeschalteten Widerstand zusätzlich auf den touch geschaltet ist.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich sowohl für einen kapazitiven als auch für einen ohmschen Berührungsschalter.
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Einzelheiten der Erfindung, ihre Ausgestaltungsformen und die Wirkungsweise werden anhand der Zeichnung beschrieben und erläutert.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung für einen kapazitiven Berührungsschalter.

Die Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform für einen ohmschen Berührungsschalter. 10

Die Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung die Signale an den verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnungen nach den Figuren 1 und 2.
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Die Figur 4 -z^i.q\. das Ersatzschaltbild für einen kapazitiven Schalter.

Die Figur 5 zeigt das Ersatzschaltbild für einen ohmschen Schalter.

In Figur 1 legt ein Rechteck-Impulsgeber IG1 an den Punkt B eine Rechteck-Impulsspannung, die auf den Eingang el 1 des UND-Gatters G gegeben wird. Vom Punkt B ausgehend wird über den Widerstand r1 die gleiche Spannung auch an den Eingang el 2 des Gatters G gelegt. Am Eingang el 2 liegt ferner über einen Widerstand r2 die durch den Berührungsschalter gebildete Kapazität CT. Vom Ausgang A des Gatters G wird dessen Ausgangsspannung über eine Diode D an ein Steuerglied S gegeben, das sein Ausgangssignal in Punkt D an die nachgeschalteten Schaltstufen gibt.

Wird im Punkt B die aus Fig. 3 ersichtliche Rechteck-Impulsspannung angelegt, dann liegt über den Vorwiderstand r1 am Eingang el 2 der aus Figur 3 - zweite Zeile - ersichtliche Impuls an. Die Anstiegsflanke des Impulses resultiert von

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dem durch den Widerstand r1 und der Eigenkapazität des Gatters G sich ergebenden RC-Glied.

Es ist ersichtlich, daß die mit Ss bezeichnete, in Figur 3 eingezeichnete Schwellspannung für das Gatter G erreicht wird, so daß das Gatter G schaltet und eine entsprechende Signalspannung über D auf E gibt. Wird nun der touch berührt - Fig.3 rechter Teil - , so wird die eine Fläche des Kondensators CT damit praktisch an Masse gelegt. Damit wird die Kapazität CT wirksam und es ergibt sich über r1 ein RC-Glied, das die Flanke des an el 2 anliegenden Signals wesentlich flacher macht, so daß die Schwellspannung Ss nicht mehr erreicht wird. Damit kann das Gatter G kein Signal mehr geben.

Dem Widerstand r1 ist eine Diode d1 parallel geschaltet, so daß der Berührungskondensator CT über diese Diode nach jedem Impuls entladen werden kann.

Die Figur 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Widerstands-Berührungsschalter, bei der der kapazitive Schalter CT durch einen ohmschen Schalter RT ersetzt ist. Hier ergeben sich die aus Figur 3 für den Eingang e22 ersichtlichen Spannungsimpulse. Die Flankensteilheit der Impulse ist gleich dem Eingang an el 1. Nach Berührung der Flächen RT bleibt zwar die Flankensteilheit an el 2 erhalten, die Impulsspannung wird aber kleiner als die Schwellspannung Ss, so daß das Gatter G kein Signal abgibt.

Die Figur 4 zeigt das Ersatzschaltbild für die Schaltungsanordnung nach Figur 1. Der Spannungsanstieg am Punkt el 2 für die im Punkt B eingespeisten Impulse mit einer Frequenz größer als 20 kHz und einer Impulsspannung von z.B. 5 V ist abhängig von der Größe des Widerstandes r1, der z.B. 5 Megohm beträgt sowie von der Kapazität CT des Berührungsschalters,

ο die sich bei einer Größe der Sensorflächen von 300 mm und

einer Isolierglasdicke von 2 mm mit ca. 5 bis 10 pF ergibt

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und der Körperkapazität CB des Bedienenden mit ungefähr 200 pF, sowie der Kapazität des Gatters CB mit. ca. 2 bis 5 pF dem Gat-

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terwiderstand RG mit größer als 10 Ohm und der Kapazität CA des gesamten Steuerkreises gegenüber dem Gatter mit größer als 200 pF. Aus diesem Ersatzschaltbild ist ersichtlich, daß schon durch die Parallelschaltung der kleinen Kapazität CT die Flankensteilheit der Impulse so weit abgesenkt werden kann, daß sich einwandfreie Schaltkriterien für das Gatter G ergeben.

Aus dem Ersatzschaltbild nach Figur 5 ist ersichtlich, daß bei einem Vorwiderstand r1 von mehreren Megohm an e22 die Spannung praktisch dann zusammenbricht, wenn der Widerstand RB durch die Bedienungsperson eingeschaltet wird. Da dieser Widerstand in der Größe von einigen kOhm liegt, ergibt sich auch für e22 eine solche SρannungsabSenkung, daß das Gatter G wieder ein einwandfreies Schaltkriterium bekommt.

Die Schaltungsanordnung nach Figur 2 ist im Prinzip einfacher, sie hat jedoch den Nachteil, daß der Bedienende nicht potentialfrei mit dem Steuerkreis in Berührung kommt, so daß zumindest bei Geräten und Einrichtungen, die auch höhere Spannungen führen, einer kapazitiven Schaltungsanordnung der Vorzug zu geben ist, weil hier eine absolute Sicherheit für den Bedienenden vorhanden ist. Ferner hat ein kapazitiver touch den Vorteil, daß er durch Schmutz und insbesondere Feuchtigkeit auf den Bedienungsflächen praktisch nicht beeinflußt werden kann.

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Claims

EURO HAUSGERÄTE GMBH

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Patentansprüche:

Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Berührungsschalters (touch) für elektrische Steuerungen unter Verwen- dung eines Impulsgebers, mindestens einer metallischen Sensorfläche und eines elektrischen Steuergliedes, durch das die vom touch beeinflußbaren Impulse ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Impulsgebers zum einen direkt und zum anderen über einen Widerstand auf die Eingänge eines UND-Gatters geschaltet ist und daß der Eingang mit dem vorgeschalteten Widerstand zusätzlich auf den touch geschaltet ist-

2- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß der Vorwiderstand hochohmig, vorzugsweise größer als 3 Megohm, ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 mit gegeneinander isolierten metallischen Flächen, die eine Kapazität bilden (kapazitiver touch), dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand zusammen mit dem unberührten touch ein RC-Glied bildet, dessen Zeitkonstante kleiner als die Impulslänge des Gebers ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gatter und kapazitivem touch ein Ableitwiderstand eingeschaltet und der Vorwiderstand durch eine gegen die Spannung des Impulsgebers gerichtete Diode überbrückt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber ein Rechteckgenerator eingesetzt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 und 2 mit mindestens einer metallischen Fläche, die gegen eine zweite Fläche oder gegen Masse durch einen Bedienenden verbunden wird (ohmscher touch), dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand hochohmig gegen den durch den Bedienenden gebildeten Widerstand gemacht ist.

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7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gatter "G" und Gatter "S" eine Diode eingeschaltet ist, die mit der Gate-Kapazität des Gatters "S" einen Integrator bildet. 5

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