DE3245803A1 - Kapazitiver beruehrungsschalter insbesondere fuer elektrische hausgeraete - Google Patents

Kapazitiver beruehrungsschalter insbesondere fuer elektrische hausgeraete

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DE3245803A1
DE3245803A1 DE19823245803 DE3245803A DE3245803A1 DE 3245803 A1 DE3245803 A1 DE 3245803A1 DE 19823245803 DE19823245803 DE 19823245803 DE 3245803 A DE3245803 A DE 3245803A DE 3245803 A1 DE3245803 A1 DE 3245803A1
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capacitor
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capacitive touch
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DE19823245803
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English (en)
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Gerhard Dipl.-Ing. 8420 Kehlheim Schulze
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Schulze Gerhard Dipl-Ing (fh) 8420 Kelheim D
Original Assignee
Bosch Siemens Hausgerate GmbH
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96Touch switches
    • H03K17/962Capacitive touch switches

Description

  • Kapazitiver Beriihrungsschalter insbesondere für elektrische
  • 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.
  • 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.
  • Dies bedeutet, daß eine dieser Kondensatorflächen, nämlich die, die auf der Bedienseite angeordnet ist, durch das dielektrische Material hindurch kontaktiert werden muß.
  • 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.
  • 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.
  • Die beidseitige Anbringung von Kondensatorflächen auf dem dielektrischen Material in der entsprechenden Zuordnung ist herstellungstechnisch aber aufwendig.
  • 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.
  • Ein kapazitiver Berührungsschalter, der diesen Anforderungen gerecht wir, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an dem dielelctrischen Schaltertableau im Annäherungs- bzw.
  • Beriihrungsbereich ein Kondensator-Flächenelement angeordnet ist, welches am Steiierpfad zwischen einem einer Frequenzgenerator-Schaltung nachgeschalteten Widerstand und der Auswerteschaltung angeschlossen ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Diode D verriegelt bei gleichzeitiger Beeinflussung der variablen Tiefpässe VT 1 und VT 2 einen Schaltvorgang.
  • 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.

Claims (3)

  1. Patentansprüche 1. Kapazitiver Berührungsschalter, insbesondere für elektrische Hausgeräte, vorzugsweise zur Ansteuerung der Ueizbereiche in Kochmulden aus Glas oder Keramik mit auf einem aus dielektrischem, plattenartigen Material bestehenden Schaltertableau angebrachten Kondensatorflächen, d a d u r c h g e k e n n z e i c Ii n e t daß an dem dielektrischen Schaltertableau im Annäherungs-bzw. Berührungsschalter ein Kondensator-Flächenelement (FE) angeordnet ist, welches am Steuerpfad zwischen einem einer Frequenzgenerator-Schaltung (FE) nachgeschalteten Widerstand (RT) und der Auswerteschaltung (AS) angeschlossen ist.
  2. 2. Kapazitiver Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensator-Flächenelement (FE) auf dem dielektrischen Schaltertableau fest aufgebracht ist.
  3. 3. Kapazitiver Berührungsschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensator-Flächenelement (FE) als fester Bestandteil einer auf einer gemeinsamen Schaltungsplatte angeordneten Schaltbaugruppe an das Schaltertableau angelegt ist.
    Kapazitiver Berührungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kondensator-Flächenelement (SE) und dem der Frequenzgenerator-Schaltung (FG)- nachgeschalteten Widerstand (RT) einerseits und dem Eingang der Auswerteschaltung (AS) andererseits eine Hochpaßschaltung (HP) zwischengeschaltet ist.
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