DE3036049A1

DE3036049A1 - Kapazitive beruehrungssteuerschalttafel und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3036049A1
Application number: DE19803036049
Authority: DE
Inventors: Robert Mont-Sur-Marchienne Posset
Original assignee: BFG Glassgroup GIE
Current assignee: BFG Glassgroup GIE
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1980-09-24
Publication date: 1981-04-16
Also published as: IT8068428A0; ATA482480A; JPH0222488B2; ES8200507A1; DE3036049C2; CA1157925A; IT1130507B; JPS5657228A; FR2466909A1; ES253277U; BE885097A; SE447435B; FR2466909B1; SE8006741L; ES495563A0; ES253277Y; NL8005281A; AT377399B; CH639228A5

Description

- 5 Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Berührungssteuerschalttafeln, die wenigstens eine dielektrische Scheibe aufweisen, welche wenigstens einen Berührungsschalter trägt, der eine erste berührbare Elektrode auf einer Seite der Scheibe und eine zweite und eine dritte im gegenseitigen Abstand voneinander angeordnete Elektroden auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe aufweist, die in kapazitiver Beziehung zur ersten Elektrode stehen.

Die drei Elektroden zusammen bilden zwei Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind. Im Gebrauch wird ein Wechselspannungssignal einer der zweiten und dritten Elektroden zugeführt, während die andere dieser beiden Elektroden mit einer Ausgangsüberwachungsschaltung verbunden ist. Wenn die erste Elektrode mit einem Finger berührt wird, wird das Signal, welches dem Eingang der überwachungsschaltung zugeführt wird, erheblich verringert, und diese Verringerung des Signals wird verwendet, um eine Schaltung durchzuführen.

Derartige Schalter können auf zahlreichen Gebieten angewendet werden, beispielsweise als Fahrstuhl- oder Hebelwerksteuerschaltung, als Schalter für Haushaltsgeräte, wie beispielsweise für Kochgeräte, und in Schalterreihe, beispielsweise bei Telefonberührungswähler oder als Computereingang .

Um eine zuverlässige Schaltung durchführen zu können, sollte ein derartiger Schalter eine Kapazität aufweisen, die so hoch wie möglich ist. Der Grund dafür liegt darin, daß das Signal, welches durch einen Impulsgenerator der Elektrode

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zugeführt wird, auf dem höchstmöglichen Pegel gehalten werden sollte, wenn dieses Signal in den Detektorkreis eintritt, wobei die Kapazität der Eingangsimpedanz be-' rücksichtigt wird. Je höher dieser Pegel ist, umso leichter ist es, Störsignale mittels einer Schwellenwertschaltung auszuschalten, die in die Detektorschaltung eingebaut ist. Bei einigen auf dem Markt erhältlichen Detektorschaltungen, die speziell für kapazitive Berührungssteuerschaltsysteme entwickelt wurden, ist ein typischer Wert, der für die Kapazität des Systems erhalten.werden sollte, eine Kapazität von 3 pF.

Insbesondere im Fall von Schalttafeln, die eine Reihe von Schaltern tragen, ist es wünschenswert, daß jeder Schalter eine kleine Fläche einnehmen sollte. Dieses Erfordernis steht im gewissen Maß im Gegensatz zu dem Erfordernis für eine Kapazität mit dem oben angegebenen Schwellenwert, da gemäß der an sich bekannten Formel die Kapazität eines flachen platten Kondensators proportional zu dieser Fläche ist.

Gemäß der gleichen Formel ist die Kapazität umgekehrt proportional zur Dicke des dielektrischen Materials, und es ist deshalb natürlich möglich, sowohl die Fläche des Schalters als auch die Dicke der Wandung zu vermindern, wobei die gleiche Kapazität aufrechterhalten wird.

Es ist auch nöglich, die Kapazität durch eine Wahl des dielektrischen Materials zu beeinflussen,' doch dies kann zu einem Konflikt mit anderen Bedingungen oder Erfordernissen führen. Beispielsweise kann mit natürlichen dielektrischen Materialien, wie beispielsweise Glimmer, keine Massenproduktion durchgeführt werden, Kunststoffmaterialien

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verschleißen sehr leicht und sind im allgemeinen, wenn sie dünn sind/ flexibel/ so daß eine Berührungssteuerschalttafel/ die eine berührbare Elektrode aufweist, welche auf eine dielektrische Kunststoffscheibe aufgebracht ist, sehr schnell so weit verschleißt, daß ein zuverlässiger Betrieb nicht mehr möglich ist. Die Verwendung von gewöhnlichem Natronkalkglas als Dielektrikum ist hinsichtlich der Kratzfestigkeit vorteilhaft, jedoch muß die Glasscheibe wegen der Stoß- oder Schlagfestigkeit ausreichend dick gemacht werden. Dies begrenzt die Größe, bis auf welche ein Schalter reduziert werden kann, wobei dessen Kapazität über einem Schwellenwert gehalten werden kann.

Es ist ein Ziel der Erfindung, idiese Schwierigkeit auszuschalten. ^{.

Gemäß der Erfindung wird eine Berührungssteuerschalttafel geschaffen, die eine dielektrische Scheibe aufweist, welche wenigstens einen Berührungsschalter hat. Der oder jeder Schalter weist eine erste berührbare Elektrode auf einer Seite der Scheibe auf, und eine zweite und eine dritte im gegenseitigen Abstand voneinander angeordnete Elektroden auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe, die in kapazitiver Beziehung zur ersten Elektrode stehen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Scheibe aus Glas besteht, welche einer chemischen Temperbehandlung unterzogen wurde und daß wenigstens eine der Elektrode durch eine Beschichtung gebildet wird, die auf die Scheibe aufgebracht ist.

Eine Berührungssteuerschalttafel gemäß der Erfindung ist stoßfester als bekannte Tafeln, und zwar durch die Temper-

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behandlung des Glasdielektrikums, so daß die Dicke der Glasscheibe vermindert werden kann, während eine ausreichende Stoß- oder Schlagfestigkeit aufrechterhalten werden kann. Dies ermöglicht/ daß die Fläche des oder eines jeden Schalters vermindert werden kann, wobei dessen Kapazität auf einem ausreichenden Wert gehalten werden kann.

Vorzugsweise ist jede Elektrode durch eine Beschichtung gebildet, die auf die Scheibe aufgebracht ist.

Die chemische Temperung des Glases ist an sich bekannt. Die am meisten übliche Temperung umfaßt einen Austausch von Alkalimetall-Ionen aus einem Kontaktmedium mit Alkali-Ionen des Glases, während das Glas erhitzt wird. Dieser ionischer Austausch erfolgt in den Oberflächenschichten des Glases, die mehrere Mikrons oder 10 Mikron dicht sind. Bei einem Verfahren wird der Ionen-Austausch bei einer Temperatur durchgeführt, die ausreichend hoch ist, so daß eine Spannungsentlastung im Glas auftreten kann, und die Ionen, die in das Glas eintreten, sind derart, daß den Oberflächenschichten des Glases ein niedrigerer thermischer Ausdehnungskoeffizient erteilt wird. Als Beispiel sei bemerkt, daß Lithium-Ionen für Natron-Ionen in das Glas eingeführt werden. Gläser mit hohem Lithiuragehalt weisen einen tieferen Expansionskoeffizienten auf, so daß, wenn das behandelte Glas gekühlt wird, in dieses Glas Oberflächenkompressionsspannungen eingeführt werden. Bei einem anderen Verfahren werden Ionen in der Oberfläche des Glases durch größere Ionen ersetzt, und der Ionen-Austausch erfolgt bei einer Temperatur unterhalb der oberen Kühltemperatur, die

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einer Viskosität von 10 ' Poises entspricht, so daß eine sogenannte Spannungsrelaxation nicht auftritt. Bei einem Beispiel werden Kalium-Ionen in das Glas hinein substituiert, beispielsweise aus einem Bad aus geschmolzenem Kaliumnitrat,

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welches auf einer Temperatur von 47O^WC gehalten v/ird. Kalium-Ionen sind größer als Natrium-Ionen, se daß wiederum OberflächenkompressionsspannungsR in das behandelte Glas eingeführt werden.

Vorzugsweise kann die dielektrische Schaibe höchstens 3 mm dick, und insbesondere höchstens 1_f5 sau dick, sein. Eine 1 mm dicke getemperte Glasscheibe ist Insbesondere als eine derartige dielektrische Scheibe geeignet.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die maximale Abmessung der Scheibenfläche, die durch den oder einen Schalter besetzt vrirdy 30 mm oder weniger? und insbesondere beträgt eine derartige Abmessung 25 mm oder weniger.

Die Scheibenfläche, die von dem oder einem Schalter besetzt wird, beträgt
oder weniger.

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wird, beträgt 450 mm oder weniger und vorzugsweise 250 mm

Verschiedene Beschichtungsmaterialien können verwendet v/erden, um eine derartige Elektrode herswstallano wie beispielsweise Metalle, leitende Metalloxide und leitende oder Metall enthaltene Lacke oder Emaillen.

So weit die erste berührbare Elektrode betrachtet wird, ist es bevorzugt, daß die Beschichtung eine leitende Metalloxidbeschichtung ist, die aus Zinnoxiä oder Indiumoxid besteht und ein Dotiermaterial enthält=, Zinnoxid ist insbesondere wegen seiner Härte und chemischen Stabilität, sowie aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt. Der Grund zur Bevorzugung eines Metalloxids, insbesondere eines Zinnoxides, ist der folgende. Es ist außerordentlich schwierig, falls

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nicht unmöglich, gleichförmig chemisch eine Glasscheibe zu tempern, auf die eine Beschichtung aufgebracht wurde. Wenn die Erfindung praktisch durchgeführt wird, muß demzufolge die Scheibe getempert werden, ehe die Elektroden abgeschieden werden. Falls die getemperte Scheibe ahschliessend auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der eine wesentliche Spannungsentlastung auftreten könnte, wird sehr viel der zusätzlichen Festigkeit, die dem Glas erteilt wurde, verloren gehen. Metalloxidbeschichtungen von zufriedenstellender Härte und Leitfähigkeit können leicht bei tieferen Temperaturen aufgebracht werden. Es wäre natürlich möglich, die erste berührbare Elektrode aus einem leitenden, beispielsweise Silber enthaltenden. Lack oder einer leitenden, Silber enthaltenden Email herzustellen, wobei die Zusammensetzung derart ist, daß ein verhältnismäßig geringer Schmelzpunkt erzielt wird. Im allgemeinen ist es jedoch so, daß, je niedriger der Schmelzpunkt eines Emails ist, umso niedriger dessen Härte ist, und damit umso niedriger dessen Verschleiß- und Korrosionswiderstand.

Das Erfordernis des Abrieb- oder Verschleißwiderstand es ist für die zweite und dritte Elektrode nicht von Bedeutung, da diese normalerweise für eine Berührung nicht frei liegen, und es ist deshalb bevorzugt, daß die zweite und dritte Elektrode dadurch hergestellt wird, daß ein leitender Lack oder ein leitendes Email aufgebracht wird. Die Verwendung einer leitenden Emailbeschichtung auf der nicht frei liegenden Oberfläche der Schalttafel hat zahlreiche Vorteile. Zuerst kann eine Paste aus emailbildenden Bestandteilen leicht auf die dielektrische Scheibe in einem gewünschten Muster aufgebracht werden, beispielsweise durch eine Silberschichttechnik. Verbindungsleitungen können ebenfalls gleichzeitig aufgebracht werden, falls dieses gewünscht ist. Zweitens können Lötverbindungen leicht mit der Email hergestellt werden.

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In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird eine opaque Beschichtung auf einer Fläche der getemperten Glasscheibe vor der Aufbringung der Elektrode oder der Elektroden auf diese Fläche aufgebracht. Eine derartige opaque Beschichtung maskiert oder bedeckt alle elektrischen Schaltungen, die hinter der Wandung angeordnet sind, und diese Schicht wird vorzugsweise auf die nicht frei liegende Oberfläche aufgebracht. Falls gewünscht, können diese Beschichtungen mit Fenstern versehen sein, die einem Schalter zugeordnet sind, und hinter denen eine Lichtquelle vorgesehen sein kann, um den Zustand der Schaltung anzuzeigen.

Vorzugsweise wird eine Stützplatte auf die nicht frei liegende Fläche der Schalttafel aufgebracht und mit dieser verbunden. Dies bringt eine zusätzliche Festigkeit für die Schalttafel mit sich, so daß sie verbiegungsfester wird. Vorzugsweise ist diese Stützplatte aus einem synthetischen Kunststoffmaterial hergestellt. Eine derartige Stützplatte kann beispielsweise auf die Schalttafel aufgegossen oder aufgeformt werden. Bei gewissen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist diese Platte ein starrer Block, jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann diese Platte eine Zellularform haben. Beispielsweise kann diese Platte eine Honigwabenstruktur haben. Die Tragplatte kann ebenfalls aus einem expandierten Material hergestellt werden, wie beispielsweise geblähtem oder geschäumtem Glas, und diese Tragplatte kann gedruckte Schaltungen enthalten.

Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung einer Berührungssteuerschalttafel, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, und dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Glasscheibe als dielektrische Scheibe ausgewählt

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wird und einer chemischen Temperbehandlung bei erhöhter Temperatur unterzogen wird, und daß wenigstens eine leitende Beschichtung auf die getemperte Scheibe aufgebracht wird/ um eine oder mehrere der Elektroden zu bilden, während die Temperatur der Scheibe unter der oberen Kühltem-

13 peratur gehalten wird, die einer Glasviskosität von 10 ' Poises entspricht/ so daß eine Spannungsentlastung im wesentlichen ausgeschaltet wird.

Es handelt sich hierbei um ein sehr einfaches Verfahren zur Herstellung einer Berührungssteuerschalttafel, und hierdurch werden Schwierigkeiten ausgeschaltet, die beim Tempern der Glasscheibe nach der Aufbringung der leitenden Beschichtung oder der leitenden Beschichtungen auftreten könnten.

Vorzugsweise wird die erste berührbare Elektrode dadurch hergestellt, daß eine Metalloxidbeschichtung auf eine Seite der Scheibe aufgebracht wird. Mit Vorteil enthält diese Metalloxidbeschichtung ein Dotierungsmittel, um deren Leitfähigkeit zu erhöhen. Geeignete Dotierungsmittel sind Ionen einer oder mehrerer der nachfolgenden Materialien; Antimon, Arsen, Kadmium, Chlor, Fluor und Tellur. Die Metalloxide können beispielsweise ein Indiumoxid sein. Es ist jedoch bevorzugt, Zinnoxid zu verwenden.

Bei gewissen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird eine Oxidbeschichtung durch eine Metallsalzpyrolyse hergestellt, wobei dieses Metallsalz beispielsweise auf die Scheibe als eine Lösung in einem organischen Lösungsmittel aufgesprüht wird. Als Beispiel einer solchen Lösung kann Zinndibutyldiacetat in Äthylalkohol und SnGI₄ . 5H₂O in Dimethylformamid mit optimalen Mengen von Trifluoressigsäure genannt werden, um Fluordotierionen zu erzeugen.

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Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen wird die Oxidbeschichtung durch eine Zerstäubung aufgebracht.

Um die Beschichtung auf die erforderlichen Flächen zu beschränken/ können verschiedene Techniken verwendet werden.

Gemäß einem ersten bevorzugten Verfahren wird eine Maske durch Siebdruck auf die Scheibe aufgebracht, um die Flächen zu bedecken, die nicht in der fertigen Tafel beschichtet werden sollen, und die Maske wird nach dem Aufbringen der leitenden Beschichtung auf die gesamte Fläche der getemperten Scheibe entfernt. Dadurch verbleiben lediglich die erforderlichen Flächen beschichtet.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine Oxidbeschichtung über die ganze Oberfläche der getemperten Scheibe aufgebracht. Dann wird eine säurebeständige Maske durch Siebdruck derart aufgebracht, daß die Flächender oder einer jeden Elektrode abgedeckt sind, und dann wird die unerwünschte Beschichtung weggeätzt.

Die zweite und dritte Elektrode werden vorzugsweise durch Aufbringen einer leitenden Email oder eines leitenden Lackes auf die gegenüberliegende Seite der Glasplatte aufgebracht. Ein derartig leitendes Email wird vorzugsweise dadurch aufgebracht, daß eine Emailpaste auf das getemperte Glas aufgebracht wird und in situ geschmolzen wird. Eine derartige Emailpaste wird vorzugsweise durch eine Siebdrucktechnik aufgebracht. Ein Silber enthaltendes Email, insbesondere ein Email oder Lack des organischen Typs, ist besonders geeignet.

Mit Vorteil wird die getemperte Glasscheibe opaque gemacht, und zwar vorzugsweise dadurch, daß auf eine ihrer Seiten eine nichtleitende opaque Email- oder Lackbeschichtung auf-

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gebracht wird. Eine derartige Beschichtung wird vorzugsweise auf die nicht frei liegende Fläche der Scheibe aufgebracht/ und zwar vorzugsweise vor der Aufbringung der zweiten und dritten Elektrode.

Die erste Elektrode wird vorzugsweise auf die Scheibe aufgebracht/ ehe die zweite und die dritte Elektrode aufgebracht wird, und ebenfalls ehe die opaque Emailschicht aufgebracht wird, wenn diese oder eine Lackschicht vorhanden ist. Dieses schaltet Probleme aus, die durch das Wiederschmelzen von Emailbeschichtungen während der Aufbringung der Oxidbeschichtungen auftreten.

Vorzugsweise wird eine Trag- oder Versteifungsplatte auf die frei liegende Fläche der Tafel aufgebracht und mit dieser verbunden. Dieser zusätzliche Träger kann beispielsweise aus einem synthetischen Kunststoffmaterial bestehen, und er kann in situ durch Gießen auf die Tafel aufgebracht werden.

Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung ist eine der zweiten oder dritten Elektrode so geformt, daß sie wenigstens den größeren Teil des Umfanges der anderen Elektrode umgibt. Vorzugsweise ist die Fläche der inneren Elektrode wenigstens ein Viertel der Fläche der äußeren Elektrode. Eine derartige Elektrodenanordnung ermöglicht einen günstigen Kompromiß bezüglich der Gesamtkapazität des Systems, der Kapazitätsänderung des Systems, wenn die erste Elektrode berührt wird, und der Materialmenge, die verwendet wird, um die zweite und dritte Elektrode herzustellen.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung ein kapazitives System umfaßt, welches eine dielektrische Scheibe hat, die eine erste Elektrode auf einer Seite und eine zweite und dritte Elektrode auf der anderen Seite aufweist, die in kapazitiver Beziehung zur

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ersten Elektrode stehen, wobei diese Elektroden im gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind/ wobei eine der zweiten oder dritten Elektrode, die als Süßere Elek¹-trode bezeichnet wird_f so geformt ist, daß sie wenigstens den Hauptteil des Umfanges der anderen Elektrode, die als innere Elektrode bezeichnet wird, umgibt, und daß das Verhältnis der Fläche der inneren Elektrode zur Fläche der äußeren Elektrode größer als 0,25 zu 1 ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Berührungssteuerschalttafel,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Tafel,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform,

Fig. 4 eine Unteransicht der in Fig. 3 dargestellten Tafel,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Tafel
und

Fig. 6 bis 9 ünteransichten von Schaltern, die verschiedene Elektrodenanordnungen zeigen.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Scheibe 1 aus getempertem Natronkalkglas dargestellt, und auf deren oberer oder frei liegender Fläche befindet sich eine quadratische erste

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Elektrode 2 aus dotiertem SnO₃. Die erste Elektrode ist von einem Rand 3 umgeben und trägt ein Zeichen 4, und es handelt sich hierbei um die Zahl 1. Dieses Zeichen dient dazu, die von dem Schalter durchzuführende Funktion anzuzeigen, von dem die Elektrode 2 ein Teil ist. Die untere oder nicht frei liegende Fläche der getemperten Glasscheibe 1 ist mit einer opaquen, nichtleitenden Emailschicht 5 bedeckt, die ein Fenster 6 aufweist, welches sich in einer Registerlage zum Zeichen 4 befindet. Eine zweite und dritte Elektrode 7, 8 ist auf die nicht frei liegende Oberfläche der getemperten Glasscheibe 1 über der opaquen Emailschicht 5 zu beiden Seiten des Fensters 7 in kapazitiver Beziehung zur ersten Elektrode 2 aufgebracht. Diese Elektroden bestehen aus einem Silber enthaltenden Email.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Berührungssteuerschalttafel 10, welche zehn Berührungsschalter S1 bis SO aufweist, die auf die getemperte Glasscheibe 11 aufgebracht sind. Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben., umfaßt jeder Schalter eine erste, berührbare Elektrode 12, die auf einer frei liegenden Oberfläche der Glasscheibe aufgebracht ist, wobei wiederum ein Rand 13 und eine Bezugsziffer 14 aufgebracht ist. Jedes Zeichen 14 kann beispielsweise als Bezugszahl des Schalters S, dem dieses Zeichen zugeordnet ist, ausgebildet sein. Auf der Rückseite der getemperten Glasscheibe 11 ist eine opaque machende Schicht 15 aus einem nichtleitenden Material aufgebracht. Diese Schicht kann, falls gewünscht, derart mit Fenstern versehen sein, wie das Fenster 6 in den Fig. 1 und 2. Jeder Schalter weist ferner eine zweite und eine dritte Elektrode 17, 18 auf, die durch einen Spalt 16 voneinander getrennt sind. Wie Fig. 4 zeigt, sind die Elektroden 18 der Schalter S1 bis SO mit einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle ver-

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bunden. Die zweiten Elektroden 17 eines jeden Schalters
S1 bis SO sind mit einer Ausgangsschaltung OC1 bis OCO verbunden.

Die zweiten und dritten Elektroden bestehen aus einem geeigneten Silber enthaltenden Material, und diese Elektroden können in einem einzigen Arbeitsgang durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht werden. Leitungsverbindungen
zum Anschluß der Elektroden an die Wechselstromquelle und an die Ausgangsschaltungen können auf die Elektroden aufgelötet sein, oder es können gedruckte Leitungen verwendet werden, oder es kann zur Herstellung dieser Leitungen ein Siebdruckverfahren verwendet werden.

Nachdem die erforderlichen elektrischen Verbindungen hergestellt sind, wird eine Stützplatte 19 auf die Rückseite der Tafel aufgebracht. Dies dient dazu, die zweiten und
dritten Elektroden und die zugeordneten Leitungen gegen
Verschleiß oder Korrosion während der Handhabung vor dem
Einbau zu schützen. Der Hauptzweck ist jedoch der, die Tafel bei der Verwendung gegen eine Verbiegung zu sichern.

Um eine Tafel, wie in den Zeichnungen dargestellt, herzustellen, wird eine Glasscheibe 1 oder 11 aus Natronkalkglas von gewünschter Dicke poliert und dann in irgendeiner üblichen Weise getempert, beispielsweise dadurch, daß man diese 8 Stunden lang in ein Bad aus geschmolzenem Kaliumnitrat eintaucht, das auf 47O°C gehalten wird, damit Kalium-Ionen in die Oberflächenschichten des Glases eintreten können und an die Stelle von Natrium-Ionen treten, die vorher einen Teil des Glases gebildet haben.

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Nach dem Tempern wird das Glas gewaschen und die erste Elektrode 2 oder 12 wird auf eine Oberfläche aufgebracht. Es ist besonders vorteilhaft, die erste Elektrode aus einem Metalloxid, beispielsweise SnO₂ t herzustellen. Eine derartige Oxidbeschichtung kann durch eine Kathodenzerstäubung aufgebracht werden. Es ist jedoch bevorzugt, eine derartige Beschichtung durch die Pyrolyse eines Salzes aufzubringen, beispielsweise mittels einer Sprühtechriik, wobei eine Lösung in einem organischen Lösungsmittel verwendet wird. Geeignete Lösungsmittel sind Zinndibutylaceta in Äthanol mit Dotiermengen von Ammoniumbiflüctrid oder Zinntetrachlorid in Dimethylformamid mit Dotiermengen aus Trifluoressigsäure. Eine derartige Lösung kann auf die auf 45O°C erhitzte getemperte Glasscheibe aufgebracht werden, um eine gleichförmige Beschichtung von gewünschter Dicke, beispielsweise 50 bis 70 nM herzustellen. Eine derartige Beschichtung hat bei Reflexion eine graue Färbung, und diese Farbe kann verwendet werden als Anzeichen zum Abstoppen der Spruhung. Eine auf diese Weise aufgebrachte Beschichtung ist SO abriebfest wie Glas*

Gemäß einer abgeänderten Ausführungsform kann die Beschichtung durch eine Pyrolyse eines Salzes in der Dampfphase erfolgen. Die Beschichtung kann ebenfalls dadurch erhalten werden, daß die getemperte Glasscheibe in eine alkoholische Lösung einer Zinnverbindung eingetaucht wird, woran sich eine Erwärmung oder Erhitzung anschließt. Ein weiterer möglicher Weg besteht darin, von einer Paste auszugeben, die eine organische Zinnverbindung enthält, wobei diase Paste durch einen Siebdruck aufgebracht wird, woran sieh eine Erwärmung oder Erhitzung anschließt.

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Nach der" Aufbringung einer derartigen gleichförmigen Beschichtung kann eine säurefeste Masse durch Siebdruck auf die Flächen aufgebracht werden, die von den Elektroden 2 oder 12 besetzt werden sollen, und die verbleibenden Flächen werden weggeätzt.

Die Frontseite des getemperten Glases wird dann mit einem Dekorationsmaterial beschichtet, um die Ränder 3, 13 und die Zeichen 4, 14 auszubilden, Als möglicher Schritt kann die Rückseite des getemperten Glases dann mit einer opaque machenden Schicht 5 oder 15 bedeckt werden. In beiden Fällen bestehen diese Beschichtungen aus einem Email mit niedrigem Schmelzpunkt. Vorzugswelse besteht jedoch die Schicht aus einem synthetischem KunststoffmaterIaI, welches in situ polymerisiert ist, um eine opaque Beschichtung herzustellen. Beispielsweise kann ein Epoxyharz verwendet werden, dessen Polymerisationstemperatür unter 120 C liegt.

Die zweiten und dritten Elektroden werden dann auf die Rückseite der Tafel aufgebracht. Die zweiten und dritten Elektroden können aus einem leitenden Email oder Lack hergestellt werden, wenn nicht eine polymere opaque machende Schicht vorhanden ist, in welchem Fall diese Elektroden aus einem Lack bestehen sollten. Diese Materialien können durch Siebdruck aufgebracht und erhitzt werden, um die Email mit dem Glas zu verschmelzen, oder um einschnelles Härten des Lackes durchzuführen. In einem besonderen Fall wurde der Silber enthaltende Lack Nr. 4929 der Firma Dupont de Nemours für die zweiten und dritten Elektroden verwendet. Nach der Beschichtung wurde der Lack 1 Stunden bei 100 C erhitzt. Ein anderer Lack, der verwendet werden kann, ist der Lack Nr. 245 der Firma Degussa.

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Leitungen können ebenfalls für die erforderlichen Verbindungen nach dem Siebdruckverfahfen aufgebracht werden. Um jedoch die Abmessungen der Tafel gering zu halten, werden Leitungen vorzugsweise auf die zweiten und dritten Elektroden aufgelötet. Diese Lötung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß eine Paste aus Lötmittel und Flußmittel auf die Elektroden aufgebracht wird und mit einem Heißluftstrahl geschmolzen wird. Das verwendete Lösungsmittel kann die folgende Zusammensetzung haben: Sn : 62%; Pb : 36%; Ag : 2%. Wenn ein Lötkolben verwendet wird, sollte dessen Temperatur auf 250 C beschränkt werden.

Nach der Herstellung der erforderlichen elektrischen Verbindungen kann die Tafel verstärkt und die Leitungen auf der Rückseite können geschützt werden/ und zwar dadurch, daß eine Tragplatte 19 aufgegossen wird, Dies kann dadurch erfolgen, daß ein fluides Harz in situ polymerisiert wird.

Ein geeignetes Material ist ein Harz, das die folgenle Zusammenstellung in Gewichtsprozenten hat:

PLEXIMON 705 oder 706 98,6 %

Butyl-Monoterpenmaleinat 0,2 %

Benzolperoxid O,1 %

Triäthylphosphat 0,7 % Rohm-Aktivator 17

(Maleinsäurenaphthanat) 0,4 %

PLEXIMON 705 und 7O6 sind Handelsnamen, und es handelt sich hierbei um Methylmethacrylatharze, die von der Firma Rohm hergestellt werden.

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Diese KunststoffZusammensetzung polymerisiert in 8 Stunden bei einer Temperatur zwischen 20° C und 30° C.

Ein anderes Harz, welches verwendet werden kann, um die Stützplatte herzustellen, ist ein Polyesterharz, wie beispielsweise "Polyester GTS", welches von der Firma Vosschcinie verkauft wird.

Fig. 5 zeigt eine Abänderung der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Wie in Bezug auf die Fig. 3 und 4 beschrieben, weist die Schalttafel 20 eine getemperte Glasscheibe 11 auf, auf der mehrere Schalter S4, S5 und S6 ausgebildet sind, wobei diese Schalter erste berührbare Elektroden 12, Ränder 13 und Bezugszeichen 14 aufweisen, und es ist eine opaque machende Schicht 15 vorgesehen.

Jeder Schalter weist zweite und dritte Elektroden 22 und 23 auf, die durch einen Spalt 21 getrennt sind. Diese Elektroden sind jedoch nicht auf die opaque machende Schicht 15 aufgebracht, sondern auf eine gedruckte Schaltung 24, die mit der opaque machenden Schicht 15 durch eine Klebstoffschicht 25 verbunden ist, und die als Träger für die Glasscheibe 11 dient. Die zweiten und dritten Elektroden 22 und 23 bestehen aus einer üblichen Metallkupferabscheidung, wie es bei den gedruckten Schaltungen üblich ist. Die gedruckte Schaltung 24 weist mehrere Bohrungen 26 auf, durch die die zweiten und dritten Elektroden 22 und 23 mittels Drähten 27, die bei 28 angelötet sind, mit entsprechenden Teilen 29 der gedruckten Schaltung verbunden werden können.

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Fig. 6 zeigt einen Berührungssteuerschalter, der ähnlich ausgebildet ist wie der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte. In Fig. 6 ist auf eine Scheibe 61 aus getempertem Natronkalkglas auf der nicht frei liegenden Seite ein Paar von Elektroden 62 und 63 angebracht, wobei es sich um die zweite und um die dritte Elektrode handelt. Diese Elektroden haben eine rechteckige Form und sind durch einen Spalt 64-voneinander getrennt. Die Elektroden 62 und 63 und der Spalt 64 zwischen diesen besetzen ein Quadrat auf der nicht frei liegenden Seite der Scheibe 61. Eine erste Elektrode ist auf der frei liegenden Seite der Scheibe 61 aufgebracht. Ein Teil der Grenze der ersten Elektrode ist bei 65 dargestellt. Die erste Elektrode ist quadratisch und befindet sich in Registerlage mit dem Quadrat, welches durch die zweite und dritte Elektrode 62 und 63 gebildet wird.

Fig. 7 zeigt einen kreisförmigen Berührungsschalter, der auf einer getemperten Glasscheibe 71 ausgebildet ist. Teilkreisförmige zweite und dritte Elektroden 72 und 73, die durch einen diametralen Spalt 74 voneinander getrennt sind, sind auf der nicht frei liegenden Seite der Scheibe 71 aufgebracht. Eine»kreisförmige erste Elektrode, von der ein Teil des ümfanges bei 75 gezeigt ist, ist auf der frei liegenden Seite der Scheibe 71 in Registerlage zu dem Kreis angeordnet, der durch die zweiten und dritten Elektroden 72 und 73 und dem Spalt 74 zwischen diesen gebildet wird.

Fig. 8 zeigt einen Berührungsschalter, bei dem eine getemperte Glasscheibe 81 eine quadratische zweite Elektrode 82 trägt, die von einer quadratischen, rahmenförmigen dritten Elektrode 83 umgeben wird. Die zweite und die dritte Elektrode sind durch einen quadratischen rahmenförmigen Spalt 84 getrennt» Eine nicht dargestellte erste

Elektrode ist auf der anderen Seite der Scheibe 81 aufgebracht, und deren Grenze oder Rand befindet sich in Registerlage mit dem Umfang der dritten Elektrode 83. '

Fig. 9 zeigt einen Berührungsschalter, bei dem eine getemperte Glasscheibe 91 eine kreisförmige zweite Elektrode 92 trägt, die von einer ringförmigen dritten Elektrode 93 umgeben ist. Die zweiten und dritten Elektroden sind durch einen Ringspalt 94 voneinander getrennt. Eine nicht dargestellte erste Elektrode ist auf die andere Seite der Scheibe 91 derart aufgebracht, daß deren Rand sich in Registerlage mit dem Umfang der dritten Elektrode 93 be~ findet.

Verschiedene Berührungsschalter sollen nunmehr beschrieben werd en.

Beispiel I (Fig. 6)

Eine Glasscheibe 61 mit einer Dicke von 1 mm ist getempert und eine erste Elektrode mit einer Abmessung von 12 mm und mit einer quadratischen Form ist auf einer Seite aufgebracht. Die erste Elektrode besteht aus dotiertem Zinnoxid. Eine zweite und eine dritte Elektrode 62 und 63 ist vorgesehen und jede mißt 12x5 mm, und diese sind auf der anderen Seite der Glasscheibe 61 ausgebildet. Diese Elektroden werden durch einen 2 mm breiten Spalt 64 getrennt und bestehen aus einem Silber enthaltenden Email. Die Gesamtfläche der Scheibe, die von dem Schalter eingenommen wird, beträgt 144 mm .

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Bei einer ersten abgeänderten Ausftihrungsform war die getemperte Glasscheibe 61 2,8 mm dick und bei einer zweiten 4,9 mm.

Beispiel II (Flg. 8)

Eine Glasscheibe 81 mit einer Dicke von 1 mm wurde gatempert, und eine quadratische Elektrode mit einer Kantenabmessung von 12 mm aus dotiertem Zinnoxid wurde auf eine Seite aufgebracht. Zweite und dritte Elektroden 82 und 83 wurden auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe in Registerlage zur ersten Elektrode aufgebracht. Die zweite Elektrode 82 ist ein Quadrat mit 6 mm Kantenlänge und ist durch einen quadratischen rahmenförmigen Spalt 84 von 1 mm Breite von der dritten Elektrode 83 getrennt, die ein quadratischer Rahmen von 2 mm Breite ist. Die zweiten und drittenElektroden bestehen aus einem Silber enthal-

2 tenden Email. Die Gesamtschalterfläche beträgt 144 mm .

Bei abgeänderten Ausführungsformen ist die Glasscheibe 81 2,8 mm dick und 4,9 mm.

Beispiel III (Fig. 8)

Bei einer abgeänderten Ausführungsform des Beispiels II ist die zweite Elektrode 82 ein Quadrat mit 4 nun- Kantenlänge und ist durch einen 2 mm breiten quadratischen rahmenartigen Spalt 84 von einer dritten Elektrode 83 getrennt, die 2 mm breit ist. Derartige Schalter wurden auf getemperten Glas gebildet, welches die folgenden Dicken hatte: 1 mm, 2,8 mm und 4,9 mm. Die gesamte Schalterfläche war wieder 144 mm .

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Beispiel IV (Fig. 7)

Eine Glasscheibe 71 mit einer Dicke von 1 mm wird getempert und eine erste kreisförmige Elektrode mit 13,5 nun Durchmesser aus dotiertem Zinnoxid wird auf eine Fläche aufgebracht. Auf der anderen Fläche werden teilkreisförmige zweite und dritte Elektroden 72 und 73 aus einem Silber enthaltenden Email aufgebracht. Diese Elektroden sind durch einen Spalt 74, der 2 mm breit ist, voneinander getrennt. Die zweite und dritte Elektrode bedecken zusammen mit dem Spalt einen Kreis mit einem Durchmesser von 13,5 mm, der sich in Registerlage mit der ersten Elek-

2 trode befindet. Die gesamte Schalterfläche beträgt 143 mm .

Bei abgeänderten Ausführungsformen wurde der Schalter auf getempertem Glas von 2,8 mm und 4,9 mm Dicke gebildet.

Beispiel V (Fig. 9)

Eine Glasscheibe 91 mit einer Dicke von 1 mm ist getempert, und eine erste kreisförmige Elektrode mit einem Durchmesser von 13,5 mm aus dotiertem Zinnoxid ist auf eine Fläche aufgebracht. Auf der anderen Fläche sind in Registerlage mit der ersten Elektrode zweite und dritte Elektroden 92 und 93 aus einem Silber enthaltenden Email aufgebracht. Die zweite Elektrode nimmt eine Kreisfläche von 7,5 mm im Durchmesser ein und ist durch einen Ringspalt 94, der einen mm breit ist,von der dritten Elektrode getrennt, die ein Ring von 2 mm Breite ist. Wiederum ist

2
die gesamte Schalterfläche 143 mm .

Bei abgeänderten Ausführungsbeispielen wurde der Schalter auf getempertem Glas von 2,8 mm und 4,9 mm Dicke gebildet.

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Beispiel VI (Flg. 9)

Bei Abänderungen des Beispiels 5 hatte die zweite Elek-' trode 92 einen Durchmesser von 5,5 mm, und der Ringspalt 94 war 2 mm breit. Wiederum wurde der Schalter auf getempertem Glas mit den folgenden Dicken ausgebildet: 1 mm, 2,8 mm und 4,9 mm. ■ '

Da die Gesamtflächen, die durch diese Schälter eingenommen wurden gleich sind, können deren Kapazitäten im nicht berührten Zustand und die Änderung der Kapazitäten im berührten Zustand direkt verglichen werden, wie es in der folgenden Tabelle der Fall ist.

Beispiel: Gesamtkapazität Kapazitätsänderung Aktive

unberührt bei Berührung Oberfläche

	1	mm	,1	2,8mm	4,9mm	1mm	2,8mm	4,9mm	%
	Glas	,0	Glas	Glas	Glas	Glas	Glas	83,3
	pF	,1	-pF	pF	pF	PF	pF	80,6
I	3	,2	1,9	1,4	2,4	1,0	0,6	66,7
II	3	,6	2,2	2,2	2,1	0,7	0,5	81,2
III	2	,4	1,8	1,3	1,6	0,7	0,3	81 ,0
IV	3	1,9	1,5	2,4	1,0	0,6	67,1
V	3	3,0	2,5	2,5	0,9	0,5
VI	2	2,0	1,6	t,6	0,7	0,5

Die Spalte "Aktive Oberfläche" zeigt das Verhältnis der ersten Elektrode an, die sich in einer Registerstellung mit einer oder der anderen der zweiten und dritten Elektroden befindet.

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Die hier angegebenen Kapazitätswerte wurden mit einer
Universalbrücke WAYNE KERR, Typ B224 gemessen. Die Messungen erfolgten unter normalen Umweltbedingungen. Die kapazitiven Schaltsysteme waren horizontal angeordnet, wobei die SnO₂-Schicht oben lag. Standardverbindungsdrähte wurden mit Anschlußklammern an 5 mm langen Drähten befestigt, die an die zweiten und dritten Elektroden angelötet waren.

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■tv

Leerseite

Claims

MÜLLER-BORA · DBUFKL -HCUÖS*· H KKTiJL-" PATENTANWÄLTB

DR. WOLFGANG M ÜU.ER-BOR6 (PATENTANWALTVON 19Z7-187S) DR. PAUL DEUFEI.. DIPL.-CHEM. DR ALKFJED SCHÖN. OIPL.-CHEM. WtRNBH HERTEL. DIPL.-CHYS.

24. SEP. 1980

ZWSEl-XbSENE V»RT«r.TSR HEiM CUHUI-Xü.CHÜN I'AIKNTAMT HCPnCSENrATIVES BEFORE THB irUHOPCAN PAlKNT OKfJCi MAKlUATAtHr? AGFiI^f- PHf.S L¹Of-FICr PuificiΓΝ IiPS MHCVI-TS

D/Gei.-B 1423

BFG GLASSGROUP, rue de Teheran 7, Paris / Prankreich

Kapazitive Berührungssteuerschalttafel und Verfahren zu deren Herstellung

Patentansprüche

\\J Berührungssteuerschalttafel mit einer dielektrischen Scheibe, die wenigstens einen Berührungsschalter trägt, wobei der oder jeder Schalter eine erste berührbare Elektrode auf einer Seite der Scheibe aufweist und eine zweite und eine dritte voneinander getrennte Elektrode auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe, die in kapazitiver Beziehung zur ersten Elektrode stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Scheibe aus Glas besteht, welches einer chemischen Temperbehandlung unterzogen wurde und daß wenigstens eine der Elektroden aus einer Beschichtung besteht, die auf die Scheibe aufgebracht ist.

β MONCH-Vj^bg. SIEBERTSTR. 4 · POB 860720 · KABEL: MUtUOPAT · TEL. (089) 474001 · TKLFCOPIER XSROX 400 TKLKX 5·;4ϊΗδ ""

2. Schalttafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode aus einer Beschichtung besteht, die auf die Scheibe aufgebracht ist.

3. Schalttafel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Scheibe höchstens 3 mm dick ist.

4. Schalttafel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Scheibe höchstens 1,5 rom dick ist.

5. Schalttafel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abmessung der Scheibenfläche, die von dem Schalter eingenommen wird, 30 mm oder geringer ist.

6. Schalttafel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abmessung der Scheibenfläche, die von dem oder einem Schalter eingenommen wird, 25 mm oder weniger ist.

7. Schalttafel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenfläche, die von

2 dem oder einem Schalter eingenommen wird, 450 mm oder weniger beträgt.

8. Schalttafel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Scheibenfläche, die von dem oder einem Schalter

eingenommen wird, 25O mm oder weniger beträgt.

9. Schalttafel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die oder eine erste, berührbare Elektrode aus einer leitenden Metalloxidschicht besteht, die aus Zinnoxid oder Indiumoxid hergestellt ist und die ein Dotiermaterial enthält.

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-ΒΙΟ. Schalttafel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stützplatte auf die nicht freiliegende Fläche der Tafel aufgebracht und mit dieser verbunden ist.

11. Schalttafel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte aus einem Kunstharzmaterial besteht.

12. Schalttafel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stützplatte eine gedruckte Schaltung aufweist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Schalttafel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasplatte als dielektrische Scheibe ausgewählt und einer chemischen Temperbehandlung bei erhöhter Temperatur unterzogen wird und daß wenigstens eine leitende Beschichtung auf die getemperte Scheibe aufgebracht wird, um eine oder mehrere der Elektroden zu bilden, während sich die Temperatur der Scheibe unterhalb der oberen Kühltemperatur, die

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einer Glasviskosität von 10 ' Poises entspricht, befindet, so daß im wesentlichen Spannungsentlastungen aus~ geschaltet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die oder wenigstens eine erste, berührbare Elektrode dadurch hergestellt wird, daß eine Metalloxidbeschichtung auf eine Seite der Scheibe durch eine Metallsalzpyrolyse aufgebracht wird.

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15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maske durch Siebdruck auf die Scheibe aufgebracht wird, um diejenigen Flächen abzudecken, die in der fertigen Schalttafel nicht beschichtet sind und daß die Maske nach dem Aufbringen einer leitenden Beschichtung auf die gesamte Fläche der getemperten Scheibe entfernt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Elektrode dadurch gebildet wird, daß ein leitender Lack oder ein leitendes Emaille auf die gegenüberliegende Seite der Glasscheibe aufgebracht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode auf die Scheibe aufgebracht wird, ehe die zweite und die dritte Elektrode aufgebracht wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stützplatte auf eine nicht freiliegende Fläche der Schalttafel aufgebracht und mit dieser verbunden wird.

19. BerührungssteuerSchalttafel, dadurch gekennzeichnet, daß diese nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3 bis 19 hergestellt ist.

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