DE2845494C2

DE2845494C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Berührungsschalters

Info

Publication number: DE2845494C2
Application number: DE2845494A
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing.(grad.) 6650 Homburg Kupferer; Eugen Ing.(grad.) 6652 Bexbach Siffrin
Original assignee: Euro Hausgeraete 6680 Neunkirchen De GmbH; Euro Hausgeraete 6680 Neunkirchen GmbH
Current assignee: Bauknecht Hausgeraete GmbH
Priority date: 1978-10-19
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE2845494A1; SE443902B; JPS5588427A; FR2439510B1; GB2036330A; FR2439510A1; SE7908543L; GB2036330B; IT7969009A0; IT1119223B

Description

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

Für kapazitive Berührungsschalter 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 Flache eine Ableitkapazitäl zur Masse bildet. Der Ausgang dieses kapazitiven Berührungsschalters wird auf ein Integrationsglied gegeben, das die über die Kapazität des Berührungsschalters laufenden Impulsspitzen des Rechleck-Generators in eine äquivalente Gleichspannung umformt, die ihrerseits über ein Verstärkungsglied die Schaltstufen steuert

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 hinsicht-Hch 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 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 geschaltet ist und daß der Eingang mit dem vorgeschalteten Widerstand zusätzlich an die Berührungskapazität geschaltet ist.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich sowohl für einen kapazitiven als auch für einen ohmschen Berührungsschalter.

*o Einzelheiten der Erfindung, ihre Ausgestaltungsformen und die Wirkungsweise werden anhand der Zeichnung beschrieben und erläutert. Die

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung für einen kapazitiven Berührungsschalter;die

Fig.2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsfortn für einen ohmschen Berührungsschalter; die

F i g. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Signale an den verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnungen nach den F i g. 1 und 2; die

F i g. 4 zeigt das Ersatzschaltbild für einen kapazitiven Schalter; die

F i g. 5 zeigt das Ersatzschaltbild für einen ohmschen i"> Schalter.

In Fig. 1 legt ein Rechteck-Impulsgeber IG 1 an den Punkt B eine Rechteck-Impulsspannung, die auf den Eingang e It des UND-Gatters G gegeben wird. Vom Punkt B ausgehend wird über den Widerstand rl die ho gleiche Spannung auch an den Eingang e 12 des Gatters G gelegt. Am Eingang e 12 liegt ferner übei einen Widerstand rl die durch den Berührungsschalter gebildete Kapazität CT. Vom Ausgang A des Gatters C wird dessen Ausgangsspannung über eine Diode D an ->> e:r Steuerglied S gegeben, das sein Ausgangssignal in Punkt Ean die nachgeschalteten Schaltstufen gibt.

Wird im Punkt B die aus F i g. J ersichtliche 'vtchieck-liiipiilsspanniing angelegt,dann lieg· ubei den

Vorwiderstand rl am Eingang e 12 der aus Fi g. 3 — zweite Zeile — ersichtliche Impuls an. Die Anstiegsflanke des Impulses resultiert von dem durch den Widerstand r 1 und der Eigenkapazität des Gatters G sich ergebenden KC-Glied.

Es ist ersichtlich, daß die mit 5s bezeichnete, in F i g. 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 die Berührungsfläche berührt — F i g. 3, rechter TdI —, so wird d'.c eine Fläche des Kondensator; CTdamit praktisch an Masse gelegt Damit wird die Kapazität CT wirksam und es ergibt sich über r 1 ein ÄC-Giied, das die Flanke des an e 12 anliegenden Signals wesentlich flacher macht, so daß die Schwellspannung 5s nicht mehr erreicht wird Damit kann das Gatter G kein Signal mehr geben.

Dem Widerstand r\ ist eine Diode d\ parallel geschaltet, so daß der Berührungskondensator CTüber diese Diode nach jedem Impuls entladen werden kann.

Die: F i g. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Widerstands-Berührungsschalter, bei der der kapazitive Schalter CTdurch einen ohmschen Schalter /?7"ersetzt ist. Hier ergeben sich die aus F i g. 3 für den Eingang e 22 ersichtlichen Spannungsimpulse. Die Flankensteilheit der Impulse ist gleich dem Eingang an eil. Nach Berührung der Flächen /?7"bleibt zwar die Flankensteilheit an e22 erhalten, die Impulsspannung wird aber kleiner als die Schwellspannung Ss, so daß das Gatter G kein Signal abgibt.

Die Fig. 4 zeigt das Ersatzschaltbild für die Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Der Spannungsanstieg am Punkt e 12 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 r 1, der z. B. 5 Megohm betragt sowie von der Kapazität CT des Berührungsschalters, die sich bei einer Größe der Sensorflächc-n von 300 mm² und einer Isolierglasdicke von 2 mm mit ca. 5 bis 10 pF ergibt und der Körperkapazität CB des Bedienenden mit ungefähr 200 pF, sowie der Kapazität des Gatters CB mit ca. 2 bis 5 pF dem Gatterw'derstanu RG mit größer als 10¹² Ohm und der Kapazität CA des gesamten Steuerkreises gegenüber dem Gatter mit

ίο größer als 200 pF. Aus diesem Ersatzschaltbild ist ersichtlich, daß schon durch die Parallelschaltung der kleinen Kapazität CTdie Flankensteilheit der Impulse so weit abgesenkt werden kann, daß sich einwandfreie Schaltkriterien für das Gatter G ergeben.

Aus dem Ersatzschaltbild nach Fig.5 ist ersichtlich, daß bei einem Vorwiderstand r 1 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 enigen kOhm liegt, ergibt sich auch für e 22 eine solche Spannungsabsenkung, daß das Gatter G wieder ein einwandfreies Schaltkriterium bekommt.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 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 ? .

geben ist, weil hier izne 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Berührungsschalters für elektrische Steuerungen unter Verwendung eines Impulsgebers, mindestens einer metallischen Sensorfläche und eines elektrischen Steuergliedes, durch das die von der Berührungsfläche 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 Eirgang mit dem vorgeschalteten Widerstand zusätzlich an die Berührungskapazität 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand zusammen mit der unberührten Berührungskapazität ein RC-G\\ea bildet, dessen Zeitkonstante kleiner als die Impulslänge des Gebers ist

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gatter und kapazitiver Berührungsfläche 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand hochohmig gegen den durch den Bedienenden gebildeten Widerstand gemacht ist.

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.