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Kapazitiver Beriihrungsschalter insbesondere für elektrische
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Ilausge räte Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven
Berührungsschalter, insbesondere fiir elektrische Hausgeräte, vorzugsweise zur Ansteuerung
der Heizbereiche in Kochmulden aus Glas oder Keramik mit auf einem aus dielektrischem,
plattenartigem Material bestehenden Schaltertableau angebrachten Kondensatorflächen.
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Es sind kapazitive Berührungsschalter bekannt, bei denen auf beiden
gegenüberliegenden Flächen einer, ein Schalttableau darstellenden Platte aus dielektrischem
Material Kondensatorflächen oder Allgemeinelektroden aufgebracht, z.B. aufgedampft
sind. Durch mittelbare oder unmittelbare Berührung der äußeren Kondensatorflächen
durch den Finger der Bedienungsperson wird die kapazitive Anordnung verstimmt und
es erfolgt die Abgabe eines Schaltsignals, das z.B. durch eine nachgeschaltete Relaissehaltung
zur Durchführung eines Schaltvorgangs auswertbar ist. Bei derartigen Anordnungen
besteht eine gewisse Problematik darin, daß die beiden beidseitig des elektrischen
Materials angeordneten Kondensatorflächen an die angeschlossene Auswerteeinheit
ankontaktiert werden müssen.
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Dies bedeutet, daß eine dieser Kondensatorflächen, nämlich die, die
auf der Bedienseite angeordnet ist, durch das dielektrische Material hindurch kontaktiert
werden muß.
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Es ist auch bekannt, beide Kondensatorflcichen auf derselben Seite,
bevorzugterweise auf der der Bedienseite des dielektrischen Materials entgegengesetzten
Seite anzuordnen. Damit sind die Kontaktierprobleme wesentlich vereinfacht, es ergibt
sich aber in diesem Falle die Schwierigkeit, daß die Verstimmung der Kondensatoreigenschaft
getrennt durch das Dielektrikum lediglich in schmalen Randbereichen erfolgen kann.
Damit ist die ntionstütigkeit derartiger Anordnungen wesentlich beeinträchtig. Weiterhin
ist es bekannt (EP 00 54 306) auf der der Bedienseite für die Eingabe des Scaltbefehls
gegenüberliegenden Seite des dielektrischen, plattenartigen Materials je Eingabestelle
zwei Kondensatorflächen aufzubringen, von denen eine erste Kondensatorfläche an
einen Frequenzgenerator und eine zweite Kondensatorfläche an einer Auswerteschaltung
angeschlossen sind, und auf der Bedienseite eine zumindest den Bereich dieser beiden
Kondensatorflächen überdeckende weitere Kondensatorfläche anzuordnen. Der Vorteil
dieser Anordnung besteht darin, daß die mit der Schaltungsanordnung zu kontaktierenden
Kondensatorflächen des kapazitiven Berührungsschalters einfach kontaktierbar Sind
und daß bei Annäherung bzw.
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I3erührung der auf der Bedienseite des dielektrischen Materials angeordneten
Kondensatorfläche in weiten Betätigungsbereichen jedweils gleiche Kondensator-Verstimmungen,
die durch die Auswerteschaltung zu erfassen und zu verarbeiten sind, erfolgen.
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Die beidseitige Anbringung von Kondensatorflächen auf dem dielektrischen
Material in der entsprechenden Zuordnung ist herstellungstechnisch aber aufwendig.
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Aufbauend auf diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen lrapazitiven Berührungsschalter bereitzustellen, welcher zum einen
bedientechnisch günstige Eigenschaften aufweist und zum anderen insbesondere herstellungstechnisch
einfach zu realisieren ist.
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Ein kapazitiver Berührungsschalter, der diesen Anforderungen gerecht
wir, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an dem dielelctrischen Schaltertableau
im Annäherungs- bzw.
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Beriihrungsbereich ein Kondensator-Flächenelement angeordnet ist,
welches am Steiierpfad zwischen einem einer Frequenzgenerator-Schaltung nachgeschalteten
Widerstand und der Auswerteschaltung angeschlossen ist.
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Durch die auf dem dielektrischen Schaltertableau angeordnete Kondensatorfläche
und in der Bedienungsperson wird eine Kapazität gebildet, welche sich bei Annäherung
an die Kondensatorfläche im Nahbereich stark ventndert. Die dadurch gebildete Kapazität
und der der Frequenzgenerator-Schaltung nachgeschaltete Widerstand bilden somit
einen veränderlichen Tiefpaß für die von der Frequenzgenerator-Schaltung abgegebene
Frequenz dahingehend, daß bei niedriger Kondensatorkapazität, also bei unbeeinflußtem
Kondensator-Flächenelement der Durchlaßbereich der Tiefpaß-Schal tung die Generatorfrequenz
umfaßt, während bei Annäherung an das Kondensator-Flächenelement die Kondensatorkapazität
erhöht wird und der daraus resultierende Durchlaßbereich der Tiefpaß-Schaltung soweit
abgesenkt wird, daß die Generatorfrequenz bereits stark gedämpft wird. Die anschließende
Auswerteschaltung erfaßt diese jeweiligen Pegel der Frequenz am Ausgang der Tiefpaß-Anordnung
und verarbeitet diese weiter. Diese Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß der
Betätigungsbereich in Größe und Lage variierbar ist und daß insbesondere lediglich
ein einziges Kondensator-Flächenelement am dielektrischen Schaltertableau angeordnet
zu werden braucht. Eine starre Zuordnung zu weiteren Funktionsbereichen wird somit
niht gefordert. Für die praktische Realisierung kann das Kondensator-Flächenelement
entweder auf dem dielektrischen Schaltertableau fest aufgebracht, z.B. aufgedampft
bzw. aufgewalzt sein oder aber lediglich als fest zugeordneter Bestandteil einer
Schaltungsplatte an das Schaltertablean angelegt.ferden.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist der erfindungsgemäße kapazitate
Berührungsschalter dahingehend ausgestaltet, daß zwischen dem Kondensator-Flächenelement
und dem der Frequenzgenerator-Schaltung nachgcschal teten Widerstand einerseits
und dem Eingang der Auswerteschaltung andererseits eine Hochpaßschatung zwischengeschaltet
ist. Diese Hochpaßschaltung ist dahingehend ausgelegt, daß niedrige Frequenzen im
Bereich der Stromversorgungs-GegeT,enheiten (50/60 IIz mit Oberwellen niedriger
Ordnung) gedämpft, d.h. ausgefiltert werden. Störungen durch die Stromversorgungsfrequenzen
werden somit ausgeschlossen.
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Ein mit Merkmalen der Erfindung ausgestaltetes Ausführungsbeispiel
ist anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild
der Schaltungsanordnung, Fig. 2 Frequenzdiagramme und Fig. 3 einen Schaitungsaufbau
mit erfindungswesentlichen Schaf tel ementen.
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Von einer Frequenzgenerator-Schaltung FG wird ein variabler Tiefpaß
VT mit Wechselstrom beaufschlagt, dessen Frequenz beispielsweise zwischen 10 und
200 KIIz liegt. Der Tiefpaß wird gebildet aus einen Ohmschen Widerstand RT und einer
Kapazität CT. Eine Auswerteschaltung AS ist dem varialblen Tiefpaß nachgeschaltet.
Durch diese Auswerteschaltung AS wird die Amplitude A des den variablen Tiefpaß
passierenden Wechselstromes erfaßt und fiir Steuerzwecke, im vorliegenden Fall zur
Ansteuerung von nicht dargestellten IIeizelementen über eine ebenfalls nicht dargestellte
Schaltungsanordnung herangezogen.
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Das Kondensatorelement CT mit der variablen Kapazität wird gebildet
durch ein Kondensator-Fiächenelement FE einerseits und durch die Bedienungsperson
P13 deren kapazitive Eigenschaft gestrichelt dargestellt ist, andererseits. Aus
Fig. 2 ist die Änderung des Tiefpaß-Verhaltens auf frequenten Strom bei Veränderung
des kapazitiven Verhaltens des Kondensators CT ersichtlich. Mit fO ist die dem variablen
Tiefpaß VT zugeführte Generatorfrequenz bezeichnet. Die Kurve a repräsentiert den
Zustand des variablen Tiefpasses VT auf die Generatorfrequenz f0 bei unbeeinflußtem
Kondensator-Flächenelement FE, d.h. beim Fehlen der Bedienungsperson BP im Nahbereich.
In diesem Falle ist die Amplitude A nicht gedämpft, so daß diese Amplitude zur Auswertung
an der Auswerteschaltung AS zur Verfügung steht. Der Kurvenverlauf b für die Amplitude
des frequenten Stromes gibt die Wirkung des variablen Tiefpasses VT bei Annäherung
der Bedienungsperson BP an das Kondensator-Flächenelement SE wieder. Es ist ersichtlich,
daß in diesem Falle die Generatorfrequenz fO stark gedämpft ist. Entsprechend niedrig
ist der Amplitudenpegel, welcher in diesem Fall am Eingang der Auswerteschaltung
AS zur Verfügung steht.
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In Fig 3 sind zwei Eingabestellen als Eingabepaar dargestellt, welche
jeweils einen variablen Tiefpaß VT 1 und VT 2 aufweisen und welche in der Auswerteschaltung
gegenläufige Schaltzustände verursachen. So ist der variable Tiefpaß VT i einer
Einschaltefunktion und der variable Tiefpaß VT 2 der Ausschaltfunktion zugeordnet.
Der Tatsache, daß aus betätigungstechnischen Gründen das Kondensator-Flachenelement
FE 2 für die Ausschaltefunktion häufig größer ist als das Kondensator-Flächenelement
FE 1, ist durch den Brückenwiderstand RI Rechnung getragen, welcher 1n der Widerstandskette
liegt, über welche die Bezugspotentiale für die Operationsverstärker-Schaltungen
OVS zugeführt werden.
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Hochpässe HP i und ilP 2 zwischen den variablen Tiefpässen VT 1 und
VT 2 einerseits und den Opcrationsverstärkern OVS andererseits sind angeordnet um
niederfrequente Wechselströme, welche
durch Stromversorgungen verursacht
sein können, ausblenden.
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Durch die Operationsverstarlçer-Schaltungen OVS wird eine bistabile
Kippstufe BKS, bestehend aus zwei ODER-Verkniipfungsgliedern mit invertierendem
Ausgang, angesteuert. Am Ausgang A der Schaltungsanordnung steht das weiter zu verarbeitende
Ausgangssignal an. I)ie Rückkopplung über den Widerstand R2 dient der Erzeugung
einer zweckmäßigen Schalt-Hysterese.
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Durch die Anordnung der Kapazität C3 und des Widerstandes R3 wird
beim Anschalten der Schaltungsanordnung an die Stromversorgung ein Reset-Impiils
erzeugt, welcher die bistabile Kippstufe in eine definierte Lage versetzt, so daß
am Ausgang A der Schaltungsanordnung ein '2Aus" Geschlossen-Signal ansteht.
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Die Diode D verriegelt bei gleichzeitiger Beeinflussung der variablen
Tiefpässe VT 1 und VT 2 einen Schaltvorgang.
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Die nach den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestaltete Schaltungsanordnung
ist unabhängig von einem Potential zwisehen Sensorfläche (Kondensator-Flächenelement
FE) und der Umgebung . Es werden keine beriihrbaren leitenden Flächen zur Bereitstellung
eines definierten Potentials benötigt.