DE3036050A1

DE3036050A1 - Kapazitives system fuer eine beruehrungssteuerschaltung

Info

Publication number: DE3036050A1
Application number: DE19803036050
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: DE3036050C2; IT1130506B; FR2466908A1; US4380040A; BE885095A; FR2466908B1; SE8006742L; ES253278U; JPS5657227A; SE450800B; IT8068427A0; ES253278Y; JPH0219570B2; CH640987A5; NL8005282A; CA1152603A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives System, welches eine dielektrische Platte oder Scheibe aufweist, die auf einer Seite eine erste Elektrode hat und auf der anderen Seite in kapazitiver Beziehung zur ersten Elektrode eine zweite und eine dritte Elektrode, die einen Abstand voneinander haben.

Derartige kapazitive Systeme werden unter anderem in Berührungssteuerschaltsystemen verwendet. Bei derartigen Schaltsystemen wird ein Wechselspannungssignal· der zweiten oder dritten Elektrode zugeführt, und eine Ausgangssignaischa^ung ist mit der anderen dieser beiden verbunden, so daß, wenn die erste Elektrode mit einem Finger berührt wird, die sich ergebende Änderung der kapazitiven Kopplung zwischen der zweiten und der dritten Elektrode über die erste einen Anstieg des Ausgangssignals erzeugt, das verwendet werden kann, um die gewünschte Schaltoperation durchzuführen. Derartige Schaltsysteme können in vielfacher Weise verwendet werden, beispielsweise als Computereingänge,, in Telefonberuhrungswahlsystemen, in Lift- oder Fahrstuhlsteuersystemen und in Steuersystemen für Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Kochgeräte. Für einen zuverlässigen Betrieb des Steuersystems ist es ein allgemeines Erfordernis, daß die Änderung der Kapazität des Berührungssteuersystems zwischen dem unberührten und dem berührten Zustand so hoch wie möglich sein sollte, um die Feststellung dieser Änderung durch die Detektorschaltung zu erleichtern. Es ist ebenfalls wünschenswert, daß die Kapazität des Systems so hoch wie möglich sein sollte. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß das Signal, welches von einem Impulsgenerator der Elektrode zugeführt wird, auf dem höchstmöglichen Pegel gehalten werden soll,

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wenn es in die Detektorschaltung eintritt, wobei die Kapazität der Eingangsimpedanz in Betracht gezogen wird. Je höher dieser Pegel ist, umso leichter ist es möglich', Störsignale mittels einer 'Schwellwertschaltung auszuschalten, die in die Detektorschaltung eingebaut ist. Bei einigen auf dem Markt erhältlichen Detektorschaltungen, die insbesondere für kapazitive Berührungssteuerschaltsysteme entwickelt wurden, ist ein typischer Wert, der für die Kapazität des Systems erreicht werden sollte, ein Wert von 3pF. Niedrigere Kapazitäten können selbstverständlich verwendet werden, und zwar in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit der Steuerschaltung. Wie jedoch dargelegt wurde, sind höhere Werte bevorzugt. Es ist bekannt, daß die Kapazität C eines flachen Plattenkondensa-

k ά tors durch die folgende Formel gegeben ist: C=K.-^. Bei dieser Formel ist a die Gesamtfläche, d die Dicke des dielektrischen Materials und k die Dielektrizitätskonstante. K ist eine Konstante, die von den gewählten Einheiten abhängig ist. Um für ein gegebenes dielektrisches Material die Kapazität eines Kondensators zu erhöhen, kann man die Fläche einer Platte oder Elektrode verkleinern,oder man kann die Dicke der dielektrischen Scheibe vergrößern", welche die Platten trennt.

Kapazitive Systeme, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, können als zwei Kondensatoren betrachtet werden, die in Serie geschaltet sind. Ein Kondensator wird durch die zweite und erste Elektrode gebildet, und der andere durch die erste und die dritte Elektrode. Es können bestimmte kapazitive Zwischenwirkungen zwischen der zweiten' und der dritten Elektrode in Abhängigkeit vom physikalischen Aufbau des Systems auftreten, und diese bilden einen

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dritten Kondensator, der parallel mit den beiden in Serie geschalteten Kondensatoren geschaltet ist. Die gesamte Kapazität von in Serie geschalteten Kondensatoren wird durch den Reziprokwert der Summe der Reziprokwerte der Kapazitäten der einzelnen Kondensatoren gegeben, und daraus folgt, daß zur Erzielung einer maximalen Kapazität in einem kapazitiven System, auf das sich die Erfindung bezieht, die zweite und die dritte Elektrode gleiche Oberflächen haben sollten. Bei einem typischen System bekannter Art ist eine quadratische erste Elektrode auf einer Seite einer Glasscheibe angebracht und eine rechteckige zweite und dritte Elektrode auf der anderen Seite der Scheibe. Bei einer praktischen Ausführungsform wird die erste Elektrode durch eine dünne Zinnoxid-Beschichtung auf einer Glasscheibe mit einer Dicke von 4,9 mm

gebildet und hat eine Fläche von 26 mm , während die zweite und die dritte Elektrode aus einer leitenden Silber-Beschichtung bestehen, die durch eine Email-Beschichtung aufgebracht wurden und wobei diese Elektroden Rechtecke sind, die eine Abmessung von 26 χ 12 mm haben und einen gegenseitigen Abstand von 2 mm. Ein derartiges System hat eine Gesamtkapazität von 3,8 pF.

Die Kapazitätswerte, die in dieser Beschreibung angegeben werden, wurden durch Messungen mit einer Universalbrücke WAYNE KERR, Type B 224, gemessen. Die Messungen wurden unter normalen ümweltbedingungen durchgeführt. Das kapazitive Schaltsystem wurde horizontal angeordnet, wobei die SnO_?-Schicht oben lag. übliche Verbindüngsleitungen wurden mittels Anschlußklemmen an 5 mm langen Drähten befestigt, die an die zweite und dritte Elektrode angelötet waren.

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Die Elektroden des kapazitiven Schaltsystems werden aus einem leitenden Material hergestellt, welches auf die dielektrische Scheibe aufgebracht wurde. Derartige leitende Materialien umfassen leitende Oxide oder Lacke, sowie Metalle. Die Kosten für die Elektroden hängen von der Menge des verwendeten Materials ab. Für eine Massenproduktion der Schaltsysteme ist es natürlich von Interesse, die Menge des verwendeten Materials zu vermindern. Dies gilt insbesondere für den Fall, wenn die Elektroden aus einer Silber enthaltenden Paste hergestellt werden. Jede Verminderung der Pastenmenge hat einen wesentlichen Einfluß auf die Herstellungskosten des Produktes. Es ist deshalb wünschenswert, Schaltungen mit kleinen Elektrodenflächen herzustellen und/oder deren aktive Oberflächen zu vermindern.

Es gibt einen weiteren Grund, um Schaltungen geringer Flächen zu bevorzugen, insbesondere, wenn eine Vielzahl derartiger Schaltungen in einer Reihe angeordnet werden sollen, wie es beispielsweise bei Telefonwahlsystemen der Fall ist. In einem derartigen Fall wird eine Reihe von

Schaltern, von denen jeder eine Fläche von 26 mm hat, zu viel Raum einnehmen, um von praktischer Bedeutung zu· sein. Es wäre wünschenswert, den Raum, der von den Elektroden eingenommen wird, auf eine Fläche zu vermindern, die etwa derjenigen entspricht, die von einer Fingerspitze eingenommen wird, welche den Schalter berührt, wobei es sich

beispielsweise um eine Fläche von 12 mm handelt. Ein kapazitives System, welches eine erste Elektrode aufweist,

die aus Zinnoxid besteht, und die eine Fläche von 12 mm hat, und die auf einer Oberfläche einer Glasscheibe angeordnet ist, die 4,9 mm dick ist, wobei die zweite und dritte rechteckige Elektrode, die ebenfalls aus Zinnoxid bestehen, und von denen jede eine Abmessung von 12x5 mm

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hat, und durch einen Spalt von 2 mm voneinander getrennt sind, hat jedoch lediglich eine Kapazität von 1,4 pF. Aus den vorstehend erwähnten Gründen ist es wünschenswert, für eine derartige Anordnung einen besseren Kapazitätspegel zu erzielen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Dicke der dielektrischen Scheibe vermindert wird. Im Fall einer Glasscheibe kann durch eine Verminderung der Dicke auf 1 mm die Gesamtkapazitat auf 3,1 pF erhöht werden.

Die Bruchgefahr einer Glasplatte mit einer Dicke von 1 mm läßt es nicht angezeigt sein, aus dieser eine Oberfläche zu bilden, die wiederholt berührt werden soll.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes kapazitives System der beschriebenen Art zu schaffen, durch welches es möglich ist, leichter einen vorteilhaften Kompromiß zwischen hohen Kapazitätsänderungen beim Unterschied zwischen berührtem und unberührtem Zustand und der Materialmenge zu schaffen, die verwendet wird, um die Elektroden herzustellen, wobei diese von den Dimensionen des Systems abhängt .

Gemäß der Erfindung ist ein kapazitives System vorgesehen, welches eine dielektrische Scheibe aufweist, die auf einer Seite eine erste Elektrode hat und auf der anderen Seite in kapazitiver Beziehung zur ersten Elektrode eine zweite und eine dritte Elektrode, die voneinander entfernt angeordnet sind, und erfindungsgemäß ist eine der zweiten und dritten Elektroden, die im folgenden als äußere Elektrode bezeichnet wird, so geformt, daß diese wenigstens den Hauptteil des Umfanges der anderen, im folgenden als innere Elektrode bezeichneten Elektrode umgibt, und das Verhältnis

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der Fläche der inneren Elektrode zur Fläche der äußeren Elektrode ist größer als 0/25 zu 1.

Es wurde gefunden, daß dadurch, daß die zweite und die dritte Elektrode auf diese Weise angeordnet werden, es für eine gegebene Bemessung eines kapazitiven Systems möglich ist, den besten Kompromiß zwischen Kapazität, Kapazitätsänderung und verwendeter Materialmenge für die Elektrode zu erzielen. Lediglich als Beispiel sei erwähnt, daß für eine gegebene Gesamtschalterfläche es möglich ist, die Kapazität des Systems zu erhöhen, wobei die gleiche Kapazitätsänderung erzielt wird, und wobei die Menge des verwendeten Materials die gleiche ist oder sogar vermindert wird- Ferner ist es bei Aufrechterhaltung der gleichen Schwellenwertkapazität möglich, die Scheibenflächen zu vermindern, die von dem kapazitiven System eingenommen wird, oder die Scheibendicke zu erhöhen. Es sei bemerkt, daß diese Vorteile nicht auftreten oder nicht in diesem Maß auftreten, wenn sehr dünne Glasscheiben verwendet werden, d. h. beispielsweise Scheiben mit einer Dicke von 1 mm oder weniger-. Die Ergebnisse verschiedener Untersuchungen haben gezeigt, daß der Vorteil in Termen der' relativen Zunahme der Kapazität größer ist, wenn dickeres Glas, beispielsweise Glas mit einer Dicke von 3 bis 6 mm, als Dielektrikum verwendet wird.

Vorzugsweise sollte das Verhältnis der Fläche der inneren Elektrode zur Fläche der äußeren Elektrode größer als 0,5 zu 1 sein.

Einige der Untersuchungsergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

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In allen Fällen waren die ersten Elektroden eine dünne Zinnoxidbeschichtung, die auf eine Glasplatte aufgebracht wurde. Die zweite und dritte Elektrode bestand aus einer Schicht, die dadurch erzielt wurde, daß ein Silber enthaltener Lack erhitzt wurde. Bei den Systemen I bis VIII nahm die erste Elektrode ein Quadrat mit der Abmessung 26 χ 26 mm ein, und die zweite und dritte Elektrode wurden auf die gegenüberliegende Glasfläche aufgebracht, und zwar innerhalb einer der'ersten registrierenden Fläche, die ebenfalls eine Abmessung von 26 χ 26 nun hatte. Im System I, welches für Vergleichszwecke in Klammern angegeben wird, war die zweite und dritte Elektrode jeweils ein Rechteck mit Abmessungen von 26 χ 12 mm, wobei diese Rechtecke durch einen 2 mm breiten Spalt getrennt waren. In jedem der Systeme II bis VIII war die zweite oder innere Elektrode ein Quadrat mit den angegebenen Abmessungen, welche durch einen quadratischen, rahmenförmigen Spalt der angegebenen Breite von einer quadratischen,rahmenförmigen dritten oder äußeren Elektrode von der angegebenen Breite getrennt war. Die Werte für die Gesamtkapazität des Systems in pF-sind angegeben für ein 4,9 mm dickes Glas, und in einigen Fällen für ein 2,8 mm und 1 mm dickes Glas. Es werden auch dC-Werte angegeben, welche die Kapazitätsänderung zwischen dem berührten und unberührten Zustand darstellen. Ferner ist unter der Überschrift "aktive Oberfläche" die Oberfläche der zweiten und dritten Elektrode als Prozentsatz der Gesamtfläche des Systems angegeben.

In den Systemen IX bis XI nimmt die erste Elektrode ein Quadrat von 12 χ 12 mm ein,und die zweite und die dritte Elektrode waren auf der entgegengesetzten Oberfläche des Glases aufgebracht, und zwar innerhalb einer registrierenden Fläche, die ebenfalls 12 χ 12 mm maß. Beim System IX

sind die Werte für Vergleichszwecke in Klammern angegeben, und bei diesem System war jeweils die zweite und dritte Elektrode ein Rechteck von 12x5 mm, wobei ' diese Rechtecke durch einen 2 mm breiten Spalt voneinander getrennt waren. In anderen Fällen (X und XI) war die zweite oder innere Elektrode ein Rechteck von den angegebenen Abmessungen, welches einen quadratischen,rahmenförmigen Spalt der angegebenen Abmessungen von einer quadratischen, rahmenförmigen äußeren oder dritten Elektrode der angegebenen Breite getrennt war.

In den Systemen XII bis XIV und XV bis XVII nahm die erste Elektrode eine Kreisfläche ein, deren Durchmesser 29,5 und 13,5 mm betrug. Die zweite und dritte Elektrode wurden in einer registrierenden Kreisfläche von der gleichen Abmessung aufgebracht. In den Systemen XII und XV waren die zweite und dritte Elektrode Kreissegmente des angegebenen Durchmessers, die durch einen diametralen Spalt von 2 mm getrennt waren. In den anderen Fällen wies die zweite oder innere Elektrode eine Kreisfläche von angegebenem Durchmesser auf, und diese war durch einen ringförmigen Spalt der angegebenen Breite von einer ringförmigen dritten oder äußeren Elektrode mit angegebener Breite getrennt.

Die in Klammern gemachten Angaben beziehen sich auf Systeme, die nicht in den Bereich der Erfindung fallen.

Verschiedene Schlußfolgerungen können aus den Angaben in der Tabelle gezogen werden.

Aus einem Vergleich der Systeme II bis VII mit dem System I geht für ein 4,9 mm dickes Glas hervor,, daß in jedem Fall konzentrische Elektroden zu einem Anstieg der Gesamtkapazität führen. Dieser Anstieg ist größer, wenn das Flächenverhältnis innen zu außen ansteigt. Dieses Ergebnis wird erzielt, während der Wert von de anhezu konstant ist. Gleichzeitig kann man aus der Spalte "aktive Oberfläche"

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erkennen/ daß die verwendete Materialmenge für die ' zweite und dritte Elektrode ebenfalls reduziert ist. Das System VIII, welches nicht unter die Erfindung fällt, zeigt, daß die Gesamtkapazität vermindert ist wie auch der dC-Wert.

Ähnliche Ergebnisse liegen für ein 4,9 mm Glas für die Systeme IX bis XVII vor.

Bezüglich des 2,8 mm dicken Glases werden ähnliche Ergebnisse erzielt, wenn man die Zunahme der Gesamtkapazität betrachtet und die Verminderung des Elektrodenmaterials, und zwar für die Systeme IX bis XI und XV bis XVII, Eine Abnahme des dC-Wertes tritt jedoch auf. Das gleiche kann für andere Systeme angenommen werden, wenn ein ausreichend hohes Verhältnis in der Fläche von innerer zu äußerer Elektrode gewählt wird.

Ähnliche Ergebnisse zeigt die Tabelle für 1 mm dickes Glas, jedoch ist hierbei sehr wünschenswert, ein sehr hohes Flächenverhältnis zu verwenden, und es muß eine Abnahme des dC-Wertes in Kauf genommen werden.

In den Fällen, in denen eine Verminderung der Kapazität auftritt, kann ein derartiges System von Bedeutung sein, wenn man berücksichtigen muß, daß die Menge des Elektrodenmaterials vermindert wurde. Dies kann insbesondere von Interesse für Kapazitätssysteme großer Flächen sein, die immer große Mengen an Elektrodenmaterial erforderlich machen.

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Aus einem Vergleich der Kapazitäten der Systeme II und VI mit dem des Systems I, des Systems X mit dem System

IX und der Systeme XIII und XIV mit dem System XII,· und dem System XVII mit dem System XV ist zu erkennen, daß die Verbesserung der Kapazität größer ist, wenn die dielektrische Scheibe ein 4,9 mm dickes Glas ist, als wenn die dielektrische Scheibe 2,8 mm dick ist. In den meisten Fällen wird die Kapazität vermindert, wenn das Dielektrikum lediglich 1 mm dick ist.

Die Systeme VIII und XI zeigen, daß das Verhältnis zwischen den Flächen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode, das kleiner als 0,25 ist, zu schlechten Ergebnissen, und zwar auch für dickeres Glas, führt.

Aus einem Vergleich der Systeme II, IV und VI, der Systeme

X und XI, der Systeme XIII und XIV und der Systeme XVI und XVII geht hervor, daß für die gleiche äußere Elektrodenfläche eine größere Gesamtkapazität durch eine größere innere Elektrodenfläche erzielt werden kann.

Aus der Tabelle ist ebenfalls zu erkennen, daß die Summe der Flächen der zweiten und dritten Elektrode für gute Ergebnisse hoch sein sollte, d. h. daß die Fläche des Spaltes zwischen diesen Elektroden relativ klein sein sollte. Es sei jedoch bemerkt, daß" eine Verminderung dieser Spaltflächen die kapazitive Zwischenwirkung zwischen der zweiten und dritten Elektrode erhöht.

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System	zweite innere Elektro de mm	dritte äußere Elektro de mm	Spalt breite mm	Innere Elektro- denfläj ehe mm	Äußere Elektro- denflä^ ehe mm	Flächen verhältnis innerer zu äußerer El tr ode
I	(26x12)	(26x12)	(2)	(312)	(312)	(D
II	20x20	2	1	4OO	192	2,08
III	20x20	1	2	400	100	4,0
IV	18x18	2	2	324	192	1 ,69
V	16x16	3	2	256	276	0,93
VI	16x16	2	3	256	192	1,33
VII	14x14	4	2	196	352	0,56
VIII	(10x10)	(6)	(2)	(100)	(480)	(0,21)
IX	(12x 5)	(12x 5)	(2)	( 60)	( 60)	• (D
X	6x6	2	1	36	80	0,45
XI	( 4x4 )	(2)	(2)	( 16)	( 80)	(0,2)
XII	(29,5)	(29,5)	(2)	(312)	(312)	(D
XIII	23,5	2	1	434	173	2,50
XIV	19,5	2	3	299	173	1,72
XV	(13,5)	(13,5)	(2)	( 58)	( 58)	(D
XVI	7,5	2 .	1	44	72	0,61
XVII	5,5	2	2	24	72	• 0,33

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System Gesamtkapazitätsänderung unberührt 1mm 2,8mm 4,9mm Glas Glas Glas pF pF pF

Kapazitätsän- Aktive Gesamtderung berührt de Ober- fläche 1mm 2,8mm 4,9mm fläche Glas Glas Glas % mm pF pF pF

I	(12)	(5,4)	(3,8)	(8,8)	(3,8)	(2,3)	(92,3)	(676)
II	12,1	7,5	6,6	8,2	3,7	2,2	87,6	676
III	-	-	5,1	~	-	2,1	74,0	676
IV	-	" -	5,1	_ -	-	2,3	76,3	676
V	-	-	4,7	-	-	2,2	78,7	676
VI	9,7	5,4	4,5	7,1	3,0	2,1	66,3	676
VII	-	- .	4,3	-	-	2,0	81,1	676
VIII	(-)	(-)	(3,4)	(-)	(-)	(1,5)	(85,8)	(676)
IX	(3,1)	(1,9)	(1,4)	(2,4)	(1,0)	(0,6)	(83,3)	(144)
X	3,0	2,2	2,2	2,1	0,7	0,5	80,6	144
XI	(2,1)	(1,8)	(1,3)	(1,6)	(0,7)	(0,3)	(66,7)	(144)
XII	(12,5)	(5,6)	(4,1)	(8,8)	(3,8)	(2,3)	(91,4)	(683)
XIII	12,1	7,7	6,6	8,0	3,7	2,3	88,7	683
XIV	10,1	5,5	4,4	7,3	3,5	2,3	69,0	683
XV	(3,2)	(1,9)	(1,5)	(2,4)	(i,o)	(0,6)	(81,2)	(343)
XVI	3,6	3,0	2,5	2,5	0,9	0,5	81,0	143
XVII	2,4	2,0	1,6	1,6	0,7	0,5	67,1	143

Es wurde ebenfalls gefunden, daß für beste Ergebnisse die Flächen, die von der ersten Elektrode auf einer Seite des Dielektrikums und von der zweiten und dritten Elektrode und deren Spalt auf der anderen Seite eingenommen werden, im wesentlichen gleich sein sollten und miteinander sich in Registerlage befinden sollten, und demzufolge wird dieses Merkmal bevorzugt.

Die Elektroden werden vorzugsweise durch Beschichtungen gebildet, die auf die dielektrische Scheibe aufgebracht werden.

Die Elektroden können aus irgendeinem geeigneten leitenden Material hergestellt werden, und es ist keinesfalls wesentlich, daß die Elektroden auf den verschiedenen Seiten der dielektrischen Scheibe aus dem gleichen Material bestehen. Es ist bevorzugt, daß die erste Elektrode aus einem verschleißfesten Material bestehen sollte, da diese Elektrode frei liegt, wenn das kapazitive System als Teil einer Berührungssteuer schal tung verwendet wird. Dies ist jedoch kein Erfordernis für die zweite und dritte Elektrode. Als Beispiele von geeigneten leitenden Materialien, Metallen usw. werden Kupfer, leitende Oxide, wie beispielsweise Zinnoxide, verwendet und leitende Lacke und Emaillen, wie beispielsweise Silberlacke u. dgl. Wenn ein leitendes Oxid verwendet wird, so enthält es vorzugsweise ein Dopiermaterial.

Das bevorzugte dielektrische Material ist Glas.

Es sei bemerkt, daß Glas, insbesondere dünnes Glas, keine hohe Schlag- oder Stoßfestigkeit hat. Um eine verbesserte Schlag- oder Stoßfestigkeit zu erzielen, ist es bevorzugt.

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daß diese dieelktrische Scheibe eine getemperte Glasscheibe ist. Im Hinsicht auf die Schwierigkeiten, die bei der thermischen Temperung einer dünnen Glasscheibe ' auftreten, ist es bevorzugt, daß diese Scheibe chemisch getempert wird. Es ist ebenfalls ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung, eine Berührungssteuerschalttafel zu schaffen, welche eine dielektrische Scheibe aufweist, die wenigstens einen Berührungsschalter aufweist, wobei jeder Schalter eine berührbare erste Elektrode aufweist, und zwar auf einer Seite der Scheibe, und eine zweite und eine dritte im gegenseitigen Abstand voneinander angeordnete Elektrode auf der anderen Seite der Platte, wobei diese Elektroden in kapazitiver Beziehung zur ersten Elektrode stehen, und diese dielektrische Scheibe besteht aus Glas, die einer chemischen Temperbehandlung unterzogen wurde, wobei wenigstens eine der Elektroden durch eine Beschichtung hergestellt ist, die auf die Platte aufgebracht ist.

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

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen kapazitiven Systems und die

Fig. 2 bis 5 die zweiten und dritten Elektroden eines kapazitiven Systems.

Bei der Darstellung in Fig. 1 ist auf die Oberfläche einer dielektrischen Platte 11 eine erste Elektrode 12 aufgebracht. Eine zweite oder innere Elektrode 13 von einer ähnlichen Form wie die erste Elektrode, jedoch mit

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geringerer Fläche, ist auf die untere Oberfläche der Platte aufgebracht. Eine dritte oder äußere Elektrode 14 ist ebenfalls auf die untere Oberfläche der Platte ' 11 derart aufgebracht, daß sie wenigstens den größeren Teil des Umfanges der zweiten Elektrode 13 umgibt. Die zweite und dritte Elektrode sind durch einen Spalt 15 voneinander getrennt. Der äußere Rand oder die äußere Grenze der dritten Elektrode 14 verläuft im wesentlichen deckungsgleich mit dem Rand der ersten Elektrode 1 2 und hat zu dieser eine sogenannte Registerlage.

Fig. 2 zeigt ein kapazitives System, bei welchem auf eine Oberfläche einer dielektrischen Platte 21 eine quadratische zweite oder innere Elektrode 23 aufgebracht ist, die von einer quadratischen, rahmenförmigen dritten oder äußeren Elektrode 24 umgeben ist, wobei diese Elektrode streifenförmig ausgebildet ist. Diese beiden Elektroden sind durch einen rechteckigen bzw. quadratischen Spalt, der ebenfalls rahmenförmig verläuft und mit 25 bezeichnet ist, getrennt. Eine nicht dargestellte quadratische erste Elektrode ist auf die äußere Oberfläche der dielektrischen Platte 21 aufgebracht, wobei sich deren Rand in Registerlage zum äußeren Rand der äußeren Elektrode 24 befindet.

Bei der Darstellung in Fig. 3 ist eine quadratische innere oder zweite Elektrode 33 auf eine dielektrische Platte 31 aufgebracht. Eine Zuführungsleitung 36 ist für die zweite Elektrode 33 vorgesehen und verläuft durch einen Spalt 37 in einer anderen rahmenförmigen, quadratischen äußeren Elektrode 34. Die innere und äußere Elektroden 33 und 34 sind durch einen Spalt 35 voneinander getrennt. Die äußere Elektrode 34 ist mit einer Zuführungsleitung 38 ausgerüstet. Die beiden Leitungen 36 und 38 sind in geeigneter Weise

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aus dem gleichen Material wie die Elektroden 33 und 34 hergestellt und sind zur gleichen Zeit wie diese Elektroden aufgebracht oder abgeschieden worden. Ein Teil des Randes der ersten Elektrode, die auf die andere Fläche der dielektrischen Platte 31 aufgebracht ist, ist bei 32 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform und bei anderen Ausführungsformen, bei denen Zuleitungen vorgesehen sind und/oder bei denen die äußere Elektrode unterbrochen ist, weist die Fläche der inneren oder äußeren Elektrode einen Teil eines Leiters auf, der mit dieser Elektrode verbunden ist und der sich in Registerlage mit einem Teil der ersten Elektrode befindet, und der Spalt zwischen der zweiten und ersten Elektrode ist so ausgebildet, daß er bis zum Rand oder zur Grenze der ersten Elektrode sich erstreckt. Dies heißt, daß bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel die Fläche des Spaltes 35 den Teil der Fläche des Spaltes 37 in der äußeren Elektrode umfaßt, der nicht von der Zuführungsleitung 36 für die innere Elektrode 33 bedeckt ist. Der Abstand zwischen den Zuführungsleitungen 36 und 38 sollte ausreichend groß sein, um die Erzeugung einer zu großen kapazitiven Kopplung zwischen diesen beiden auszuschalten. Der Spalt 37 in der äußeren Elektrode 34* sollte ebenfalls ausreichend breit sein, damit die Zuführungsleitung 36 keine große kapazitive Kopplung mit der äußeren Elektrode hat.

Fig. 4 zeigt ein kapazitives System, bei dem auf eine dielektrische Platte 41 eine kreisförmige innere Elektrode 43 und eine ringförmige äußere Elektrode 44 aufgebracht sind, welche durch einen Spalt 45 voneinander getrennt sind. Eine nicht dargestellte,in Registerlage zur äußeren Elektrode angeordnete erste Elektrode, die den gleichen Durchmesser hat wie den der äußeren Elektrode, ist auf die andere Fläche der dielektrischen Platte 41 aufgebracht.

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Fig. 5 zeigt ein kapazitives System von dreieckförmiger Gestalt, und es ist eine innere Elektrode 53 und eine im allgemeinen dreieckförmige äußere Elektrode 54 vorgesehen, wobei beide auf eine dielektrische Scheibe 51 aufgebracht und durch einen dreieckförmigen Spalt 55 voneinander getrennt sind. Der äußere Umfang der äußeren Elektrode 55 verläuft kongruent mit einer nicht dargestellten ersten Elektrode und hat zu dieser eine Registerlage, wobei diese Elektrode auf der entgegengesetzten Fläche der dielektrischen Platte 51 angeordnet ist.

Bei den Darstellungen in den Fig. 1 bis 5 sind die zweite und dritte Elektrode auf die dielektrische Scheibe aufgebracht. Bei einer abgeänderten Ausführungsform sind diese Elektroden nicht auf die dielektrische Scheibe aufgebracht, sondern auf eine gedruckte Schaltung, die dem kapazitiven System zugeordnet ist. Bei einer derartigen gedruckten Schaltung mit zwei Elektroden ist diese als Ganzes auf die dielektrische Platte, beispielsweise durch eine Klebverbindung, in Registerlage mit der ersten Elektrode angeordnet.

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Claims

M CLLHIt-BOHK · DKlFEL · KCIIΟΛ' · II IwCTEL

PAT B N TA N WA LTE

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALTVON 1927-1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CH EM. DR ALFRED SCHÖN, DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS.

ZUGELASSENE VEHTFtVriH WEtiCf-tuROPÄISCHEN PATENTAMT MANDATAIHES AGREES ΡΗΓΞ U¹OI-FICE EUROPEAN DES HREVETS

D/Gei.-B 14 22

BFG GLASSGROUP, rue de Teheran 7, Paris / Frankreich

Kapazitives System für eine Berührungssteuerschaltung

Patentansprüche

Kapazitives System mit einer dielektrischen Platte oder Scheibe, die auf einer Seite eine erste Elektrode aufweist und auf der anderen Seite in kapazitiver Beziehung mit der ersten Elektrode eine zweite und eine dritte Elektrode, die voneinander im Abstand angeordnet sind, d a d u r c h gekennzeichnet, daß eine der zweiten und dritten Elektrode, die im folgenden als äußere Elektrode bezeichnet wird, derart geformt ist, daßsie wenigstens den Hauptteil des ümfanges der anderen Elektrode umgibt, die im folgenden als innere Elektrode bezeichnet wird und daß

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MÜNCHEN 86. SIEBERTSTR. 4 ■ POB 860720 · KABEL: MUEBOPAT · TEL. (0 89) «7 4005 · TELECOPIER XEROX 400 ■ TELEX 5-24

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das Verhältnis der Fläche der inneren Elektrode zur Fläche der äußeren Elektrode größer als 0,25 zu 1 ist.
2. Kapazitives System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fläche der inneren Elektrode zur Fläche der äußeren Elektrode größer als 0,5 zu 1 ist.
3. Kapazitives System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche, die von der ersten Elektrode auf einer Seite der dielektrischen Platte und von der zweiten und dritten Elektrode und deren Zwischenspalt auf der anderen Seite eingenommen werden, im wesentlichen gleich sind und sich zueinander in einer Registerlage befinden.
4. Kapazitives System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eleketroden durch leitende Beschichtungen gebildet sind, die auf die dielektrische Platte aufgebracht sind.
5. Kapazitives System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode durch eine leitende Zinnoxid-Beschichtung gebildet ist.
6. Kapazitives System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Platte aus Glas besteht.
7. Kapazitives System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dielektrischen Glasscheibe zwischen 3 mm und 6 mm liegt.

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8. Kapazitives System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasscheibe getempert ist.

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