EP2057737A1 - Drucktastschalter - Google Patents

Drucktastschalter

Info

Publication number
EP2057737A1
EP2057737A1 EP07801923A EP07801923A EP2057737A1 EP 2057737 A1 EP2057737 A1 EP 2057737A1 EP 07801923 A EP07801923 A EP 07801923A EP 07801923 A EP07801923 A EP 07801923A EP 2057737 A1 EP2057737 A1 EP 2057737A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piezoelectric element
push
electrode
voltage
button switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07801923A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Mangold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl AKO Stiftung and Co KG filed Critical Diehl AKO Stiftung and Co KG
Publication of EP2057737A1 publication Critical patent/EP2057737A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/964—Piezoelectric touch switches
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F34/00—Details of control systems for washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F34/28—Arrangements for program selection, e.g. control panels therefor; Arrangements for indicating program parameters, e.g. the selected program or its progress
    • D06F34/30—Arrangements for program selection, e.g. control panels therefor; Arrangements for indicating program parameters, e.g. the selected program or its progress characterised by mechanical features, e.g. buttons or rotary dials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2201/00—Contacts
    • H01H2201/02—Piezo element
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/96015—Constructional details for touch switches
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors

Definitions

  • the present invention relates to a push-button switch with a piezoelectric element which can be used, for example, in an operating device for a household electronic appliance.
  • Such a push-button switch is basically constructed, as shown in Fig. 1.
  • the piezoelectric element 10 is arranged, for example, behind a control panel of an electronic household appliance and supported against a fixed base 14. Furthermore, the piezoelectric element 10 is arranged between a first electrode 16 and a second electrode 18, so that when a pressure or a force F is exerted by a finger 19 in the direction of actuation at the two electrodes 16, 18 indicated in FIG is released, which is proportional to the applied force F.
  • a pressure or a force F is exerted by a finger 19 in the direction of actuation at the two electrodes 16, 18 indicated in FIG is released, which is proportional to the applied force F.
  • pushbutton switches have several advantages over conventional pushbutton switches. Due to the minimal actuation paths no wear of mechanically moving parts; and it is a simple and mechanically robust design of the key switch possible. Furthermore, no breakthroughs or elevations or depressions are necessary in the control panels of the electronic household appliances, for which reason the push-button switch is arranged so that it is moistureproof and the control panel can be easily cleaned.
  • a push-button switch of this type with a piezoelectric element is described, for example, in EP 0 553 881 B1.
  • the invention has for its object to further develop a push-button switch of the type described above with a piezoelectric element so that a better processing of the generated measurement signal is possible.
  • the pushbutton switch according to the invention comprises a piezoelectric element which is arranged between a first electrode and a second electrode such that when a pressure is exerted on the piezoelectric element, an electrical voltage is generated between the first and the second electrode, and an amplifier circuit whose first input is connected to the first electrode of the piezoelectric element and the second input is connected to the second electrode of the piezoelectric element, on.
  • the amplifier circuit is operated with a voltage source, and at its output an amplified voltage between the first and the second electrode of the piezoelectric element is generated as a measurement signal.
  • an additional voltage source is connected, whose operating voltage is greater than the maximum voltage between the first and the second electrode of the piezoelectric element.
  • the voltage generated between the first and the second electrode of the piezoelectric element is output by means of the amplifier circuit as an amplified measuring signal, this measuring signal can in principle be processed more easily.
  • the additional voltage source occur at both the inputs and at the output of the amplifier circuit at any time exclusively positive voltage, which also facilitates the further processing of the generated measurement signal.
  • the operating voltage of the additional voltage source is about half as large as an operating voltage of the voltage source of the amplifier circuit selected. In this way is the
  • the push button switch of the construction described above is used, for example, in an operating device, in particular an operating device for a household electronic appliance, which additionally has a controller with at least one A / D input terminal connected to the output of the amplifier circuit of the at least one push-button , is provided.
  • the outputs of the amplifier circuits of a plurality of push-button switches may also be connected to an A / D input terminal of the controller via an analog-multiplexer circuit.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the mechanical construction of a push-button switch according to the present invention
  • Fig. 2 is a schematic block diagram of the structure of a push-button switch according to a first embodiment of the present invention
  • 3A to C are schematic timing diagrams of an applied force (F), a voltage generated by the electrodes (Uin) and a measuring signal (Uout) for explaining the operation of the push-button switch of Fig. 2.
  • Fig. 4 is a schematic block diagram showing the structure of a push-button switch according to a second embodiment of the present invention.
  • 5A and B are schematic timing diagrams of an applied force (F) and a measurement signal (Uout) for explaining the operation of the push-button switch of Fig. 4;
  • FIG. 6 is a schematic block diagram of a controller with an analogue
  • Multiplexer circuit for further processing of the measurement signals of multiple push-button switch of the invention.
  • the push-button of the present invention described below with reference to the accompanying drawings is advantageously used in operating devices, in particular in operating devices of electronic household appliances (cookers, hobs, washing machines, dryers, dishwashers, etc.), without the invention being limited to these applications should be.
  • the mechanical structure of the push-button switch substantially corresponds to that of a conventional push-button switch with piezoelectric element.
  • a piezoelectric element 10 is arranged behind a control panel 12 of an operating device, for example a glass-ceramic cooktop, and supported against a fixed base 14.
  • the piezoelectric element 10 is in this case between a first electrode 16 on the side of the control panel 12 and a second electrode 18 on the side of the fixed base 18 in FIG.
  • a force F acts on the piezoelectric element 10 in the actuation direction indicated in FIG. 1 by a finger 19 a charge quantity Q proportional to the force F is released at the two electrodes 16, 18.
  • a charge quantity Q proportional to the force F is released at the two electrodes 16, 18.
  • About the parasitically or real existing and connected in parallel to the piezoelectric element 10 components of the capacitance (capacitance of the piezoelectric element, etc.) 28 and the resistor (input resistance of the downstream amplifier, insulation resistance of the piezoelectric element, etc.) 30 so creates a voltage Uin.
  • This voltage Uin is amplified by an amplifier circuit 20 whose first input (+) is connected to the first electrode 16 and whose second input (-) is connected to the second electrode 18 and which is supplied by a voltage source 22 with an operating voltage Ua.
  • the amplifier circuit 20 outputs a correspondingly amplified measurement signal at its output
  • Uout for further processing and evaluation, for example to an A / D Input terminal of a control (microprocessor) 36.
  • the evaluation of the measurement signal Uout is then carried out by an appropriate software.
  • Representations in A each show the time course of a force F exerted on the piezoelectric element 10 of the push-button switch; and the illustrations in B each show the time profile of the voltage Uin generated between the two electrodes 16, 18 of the piezoelectric element 10.
  • the case for a relatively long constant key pressure is shown on the left in each case, while the case on the right is illustrated for a relatively short constant keypress.
  • an additional voltage source 26 between the second electrode 18 of the piezoelectric element 10 and the reference point 24 of the voltage source 22 of the amplifier circuit 20 is set. If the operating voltage Ub of this additional voltage source 26 is greater than the maximum voltage between the two electrodes 16, 18 of the piezoelectric see element 10, so occur both at the two inputs and on
  • the quiescent level of the measurement signal Uout at the output of the amplifier circuit 20 is approximately in the middle of the modulation range, as illustrated in the diagrams of FIG. 3C.
  • FIG. 4 shows the circuit construction of a push button switch of the invention for a charge amplifier having a relatively low input impedance.
  • the charge amplifier is constructed in this case from the amplifier circuit 20 and one of these capacitors 32 connected in parallel.
  • the amount of charge Q flowing out via the parasitically or really present components of the capacitance 28 and of the resistor 30 connected in parallel with the piezoelectric element can be neglected due to the virtual short circuit at the input of the amplifier circuit 20 (with low input impedance) and the very low voltage.
  • the voltage at the output of the charge amplifier (20 and 32) returns to zero even if the force F is still applied because of the parasitic or real resistance 34 after a time constant determined by the capacitance 32 and the resistor 34. If the application of force F is then ended, analogously to the above statements in connection with the first exemplary embodiment, this leads to a voltage at the output of the amplifier circuit 20 with reversed polarity, so that positive and negative measuring signals Uout could also occur here.
  • an additional voltage source 26 is set between the second electrode 18 of the piezoelectric element 10 and the reference point 24 of the voltage source 22 of the amplifier circuit 20.
  • the operating voltage Ub of the additional voltage source 26 is also here preferably about half as large as the operating voltage Ua the voltage source 22 for the amplifier circuit 20, so that the quiescent level of the measurement signal Uout at the output of the charge amplifier 20, 32 is located approximately in the middle of the modulation range.
  • Figs. 5A and B The operation of the push-button switch of the second embodiment is further illustrated in Figs. 5A and B.
  • the course of a force F exerted on the piezoelectric element 10 is shown over the time t
  • the case for a relatively long constant key pressure is also illustrated on the left-hand side
  • the case for a relatively short, constant keypress is illustrated on the right-hand side.
  • the measurement signal U out of the amplifier circuit 20 (FIG. 2) or of the charge amplifier (FIG. 4) formed by the amplifier circuit 20 and capacitor 32 is supplied, for example, to an A / D input terminal of a controller (eg microprocessor) 36 and to a corresponding one Software evaluated. If several pushbutton switches or piezoelectric elements 10 are to be evaluated by a controller 36, but the controller does not have a sufficient number of A / D input terminals, then several analog measuring signals must be used
  • Uout various piezoelectric elements 10 are connected by means of a multiplexer circuit to an A / D input terminal of the controller. This case is schematically illustrated in the circuit diagram of FIG.
  • the signal lines of the three analog measuring signals U1, U2, U3 are further connected to an open-drain output S1, S2 or S3 of the controller 36, which in turn are connected to ground. If, for example, the analog measurement signal U1 is to be supplied to the controller 36, then the open-drain outputs S2 and S3 of the controller 36 must be switched to ground. As a result, the anodes D2 and D3 are replaced by the open-drain outputs S2 and S3 via the resistors. R2 and R3 are shorted to ground. The diodes D2 and D3 thus go into the blocking state and prevent superimposition of the measurement signals U2 and U3 on the resistor R4 to the measurement signal U1, which is currently to be evaluated.
  • the analog measuring signal U1AD which is lowered by the forward voltage UD1 of the diode D1 and by the voltage divider R1 / R4, is applied to the A / D input terminal of the controller 36:
  • U1 AD (U1 -U 01 ) R4 / (R1 + R4)
  • the output of the charge amplifier i. the amplifier circuit 20
  • Uout the measurement signal
  • Push-button switch of the invention use of the above-mentioned advantages of a push-button switch with a piezoelectric element, which is why it can be used in a particularly advantageous manner for an operating device of an electronic household appliance.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Abstract

Es wird ein Drucktastschalter mit einem piezoelektrischen Element (10) vorgeschlagen, das so zwischen einer ersten Elektrode (16) und einer zweiten Elektrode (18) angeordnet ist, dass beim Ausüben eines Drucks auf das piezoelektrische Element eine elektrische Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (16, 18) erzeugt wird. Die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (16, 18) des piezoelektrischen Elements (10) erzeugte Spannung wird über eine geeignete Verstärkerschaltung (20) verstärkt und zum Beispiel einer Steuerung einer Bedienvorrichtung eines elektronischen Haushaltsgeräts zugeführt.

Description

DRUCKTASTSCHALTER
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucktastschalter mit einem piezoelektrischen Element, der beispielsweise in einer Bedienvorrichtung für ein elektronisches Haushaltsgerät eingesetzt werden kann.
Ein solcher Drucktastschalter ist grundsätzlich aufgebaut, wie in Fig. 1 dargestellt. Das piezoelektrische Element 10 ist zum Beispiel hinter einer Bedienblende eines elektronischen Haushaltsgeräts angeordnet und gegen eine feste Basis 14 abgestützt. Ferner ist das piezoelektrische Element 10 zwischen einer ersten Elektrode 16 und einer zweiten Elektrode 18 angeordnet, sodass beim Ausüben eines Drucks bzw. einer Kraft F durch einen Finger 19 in der in Fig. 1 angedeuteten Betätigungsrichtung an den beiden Elektroden 16, 18 eine Ladung Q freigesetzt wird, die proportional zur ausgeübten Kraft F ist. Über die Messung dieser Ladung Q kann so eine Betätigung des Drucktastschalters festgestellt werden, wobei der notwendige Betätigungsweg sehr gering ist.
Die Verwendung derartiger Drucktastschalter hat einige Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Tastschaltern. Aufgrund der minimalen Betätigungswege entsteht kein Verschleiß von mechanisch beweglichen Teilen; und es ist ein einfacher und mechanisch robuster Aufbau des Tastschalters möglich. Weiter sind in den Be- dienblenden der elektronischen Haushaltsgeräte keine Durchbrüche oder Erhebungen bzw. Vertiefungen notwendig, weshalb der Tastschalter feuchtigkeitsdicht angeordnet ist und die Bedienblende einfach gereinigt werden kann.
Ein Drucktastschalter dieser Art mit einem piezoelektrischen Element ist zum Beispiel in der EP 0 553 881 B1 beschrieben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucktastschalter der oben beschriebenen Art mit einem piezoelektrischen Element so weiterzuentwickeln, dass eine bessere Weiterverarbeitung des erzeugten Messsignals ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Drucktastschalter mit den Merkmalen des
Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Drucktastschalter weist ein piezoelektrisches Element, das so zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet ist, dass beim Ausüben eines Drucks auf das piezoelektrische Element eine e- lektrische Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erzeugt wird, und eine Verstärkerschaltung, deren erster Eingang mit der ersten Elektrode des piezoelektrischen Elements verbunden ist und deren zweiter Eingang mit der zweiten Elektrode des piezoelektrischen Elements verbunden ist, auf. Die Verstärkerschaltung wird mit einer Spannungsquelle betrieben, und an ihrem Ausgang wird eine verstärkte Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des piezoelektrischen Elements als Messsignal erzeugt. Zwischen eine der ersten und der zweiten Elektrode des piezoelektrischen Elements und einen Be- zugspunkt der Spannungsquelle der Verstärkerschaltung ist ferner eine Zusatzspannungsquelle geschaltet, deren Betriebsspannung größer als die maximale Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des piezoelektrischen Elements ist.
Da die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des piezoelektrischen E- lements erzeugte Spannung mittels der Verstärkerschaltung als ein verstärktes Messsignal ausgegeben wird, kann dieses Messsignal grundsätzlich leichter weiterverarbeitet werden. Durch das Bereitstellen der Zusatzspannungsquelle treten sowohl an den beiden Eingängen als auch am Ausgang der Verstärkerschaltung jederzeit ausschließlich positive Spannung auf, was ebenfalls die Weiterverarbeitung des erzeugten Messsignals erleichtert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Betriebsspannung der Zusatzspannungsquelle etwa halb so groß wie eine Betriebsspannung der Spannungsquelle der Verstärkerschaltung gewählt. Auf diese Weise liegt der
Ruhepegel des Messsignals am Ausgang der Verstärkerschaltung etwa in der Mitte des Aussteuerungsbereichs. Der Drucktastschalter der oben beschriebenen Konstruktion wird beispielsweise in einer Bedienvorrichtung, insbesondere einer Bedienvorrichtung für ein elektronisches Haushaltsgerät, eingesetzt, die zusätzlich mit einer Steuerung mit we- nigstens einem A/D-Eingangsanschluss, der mit dem Ausgang der Verstärkerschaltung des wenigstens einen Drucktastschalters verbunden ist, versehen ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können auch die Ausgänge der Verstärkerschaltungen mehrerer Drucktastschalter mit einem A/D-Eingangsanschluss der Steuerung über eine Analog-Multiplexerschaltung verbunden sein.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des mechanischen Aufbaus eines Drucktastschalters gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild des Aufbaus eines Drucktastschalters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3A bis C schematische Zeitablaufdiagramme einer ausgeübten Kraft (F), einer von den Elektroden erzeugten Spannung (Uin) bzw. eines Mess- Signals (Uout) zur Erläuterung der Funktionsweise des Drucktastschalters von Fig. 2;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild des Aufbaus eines Drucktastschalters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5A und B schematische Zeitablaufdiagramme einer ausgeübten Kraft (F) bzw. eines Messsignals (Uout) zur Erläuterung der Funktionsweise des Drucktastschalters von Fig. 4; und
Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerung mit einer Analog-
Multiplexerschaltung zur Weiterverarbeitung der Messsignale mehrerer Drucktastschalter der Erfindung. Der nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschriebene Drucktastschalter der vorliegenden Erfindung ist in vorteilhafterweise in Bedienvorrichtungen, insbesondere in Bedienvorrichtungen elektronischer Haus- haltsgeräte (Herde, Kochfelder, Waschmaschinen, Trockner, Spülmaschinen, usw.) einsetzbar, ohne dass die Erfindung auf diese Anwendungsfälle beschränkt sein soll.
Der mechanische Aufbau des Drucktastschalters entspricht im Wesentlichen dem eines herkömmlichen Drucktastschalters mit piezoelektrischem Element. Wie in
Figur 1 dargestellt, ist ein piezoelektrisches Element 10 hinter einer Bedienblende 12 einer Bedienvorrichtung zum Beispiel eines Glaskeramik-Kochfeldes angeordnet und gegen eine feste Basis 14 abgestützt. Das piezoelektrische Element 10 ist dabei zwischen einer ersten Elektrode 16 auf der Seite der Bedien- blende 12 und einer zweiten Elektrode 18 auf der Seite der festen Basis 18 in
Sandwich-Bauweise aufgenommen.
Anhand der Fig. 2 und 3 werden nun der Aufbau und die Funktionsweise eines ersten Ausführungsbeispiels des Drucktastschalters der Erfindung näher erläu- tert.
Wirkt eine Kraft F zum Beispiel durch einen Finger 19 auf das piezoelektrische Element 10 in der in Fig. 1 angedeuteten Betätigungsrichtung, so wird an den beiden Elektroden 16, 18 eine zur Kraft F proportionale Ladungsmenge Q freige- setzt. Über die parasitär oder real vorhandenen und parallel zum piezoelektrischen Element 10 geschalteten Komponenten der Kapazität (Kapazität des piezoelektrischen Elements, usw.) 28 und des Widerstandes (Eingangswiderstand des nachgeschalteten Verstärkers, Isolationswiderstand des piezoelektrischen Elements, usw.) 30 entsteht so eine Spannung Uin.
Diese Spannung Uin wird durch eine Verstärkerschaltung 20 verstärkt, deren erster Eingang (+) mit der ersten Elektrode 16 verbunden ist und deren zweiter Eingang (-) mit der zweiten Elektrode 18 verbunden ist und die durch eine Spannungsquelle 22 mit einer Betriebsspannung Ua versorgt wird. Die Verstärker- Schaltung 20 gibt an ihrem Ausgang ein entsprechend verstärktes Messsignal
Uout zur Weiterverarbeitung und Auswertung aus, zum Beispiel an einen A/D- Eingangsanschluss einer Steuerung (Mikroprozessor) 36. Die Auswertung des Messsignals Uout erfolgt dann durch eine entsprechende Software.
Die Spannung Uin zwischen den beiden Elektroden 16, 18 des piezoelektrischen Elements 10 geht aber, selbst wenn weiterhin eine Kraft F auf das piezoelektrische Element 10 ausgeübt wird, aufgrund des Widerstandes 30 nach einer durch die Kapazität 28 und den Widerstand 30 bestimmten Zeitkonstanten auf Null zurück. Ist die Kraft F dann zu einem späteren Zeitpunkt nicht mehr vorhanden, so wird im gleichen Maße, wie zuvor die Ladungsmenge Q freigesetzt worden ist, nun wieder die gleiche Ladungsmenge Q aufgenommen. Dies führt wieder zur
Erzeugung einer Spannung zwischen den beiden Elektroden 16, 18, allerdings mit entgegengesetzter Polarität. Zwischen den beiden Elektroden 16, 18 können also sowohl positive wie auch negative Spannungen auftreten.
Die Zeitablaufdiagramme von Fig. 3A und 3B zeigen dies deutlicher. Die beiden
Darstellungen in A zeigen jeweils die zeitlichen Verlauf einer auf das piezoelektrische Element 10 des Drucktastschalters ausgeübten Kraft F; und die Darstellungen in B zeigen jeweils den zeitlichen Verlauf der zwischen den beiden Elektroden 16, 18 des piezoelektrischen Elements 10 erzeugten Spannung Uin. In den Darstellungen von Fig. 3 ist dabei jeweils links der Fall für einen relativ langen konstanten Tastendruck gezeigt, während rechts der Fall für einen relativ kurzen konstanten Tastendruck veranschaulicht ist.
Zusätzlich zu der Spannungsquelle 22 zur Versorgung der Verstärkerschaltung 20 mit der Betriebsspannung Ua ist aber ferner eine Zusatzspannungsquelle 26 zwischen die zweite Elektrode 18 des piezoelektrischen Elements 10 und den Bezugspunkt 24 der Spannungsquelle 22 der Verstärkerschaltung 20 gesetzt. Wenn die Betriebsspannung Ub dieser Zusatzspannungsquelle 26 größer als die maximale Spannung zwischen den beiden Elektroden 16, 18 des piezoelektri- sehen Elements 10 ist, so treten sowohl an den beiden Eingängen als auch am
Ausgang der Verstärkerschaltung 20 bezüglich des Bezugspunkts 24 ausschließlich positive Spannungen auf. Dies erlaubt eine einfachere Verstärkung der Spannung Uin durch die Verstärkerschaltung 20 und eine einfachere Auswertung des Messsignals Uout am Ausgang der Verstärkerschaltung 20.
Falls die Betriebsspannung Ub der Zusatzspannungsquelle 26 etwa halb so groß wie die Betriebsspannung Ua der Spannungsquelle 22 für die Verstärkerschal- tung 20 ist, liegt der Ruhepegel des Messsignals Uout am Ausgang der Verstärkerschaltung 20 etwa in der Mitte des Aussteuerungsbereichs, wie in den Darstellungen von Fig. 3C veranschaulicht.
Unter Bezug auf Fig. 4 und 5 werden nun der Aufbau und die Funktionsweise eines zweiten Ausführungsbeispiels des Drucktastschalters der Erfindung näher erläutert.
Während der Ladungsverstärker des Drucktastschalters des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels mit einer relativ großen Eingangsimpedanz versehen ist, zeigt Fig. 4 den Schaltungsaufbau eines Drucktastschalters der Erfindung für einen Ladungsverstärker mit einer relativ niedrigen Eingangsimpedanz.
Der Ladungsverstärker ist in diesem Fall aus der Verstärkerschaltung 20 und einer dieser parallel geschalteten Kapazität 32 aufgebaut. Die über die parasitär oder real vorhandenen und parallel zum piezoelektrischen Element geschalteten Komponenten der Kapazität 28 und des Widerstandes 30 abfließende Ladungsmenge Q kann aufgrund des virtuellen Kurzschlusses am Eingang der Verstärkerschaltung 20 (mit niedriger Eingangsimpedanz) und der damit sehr geringen Spannung vernachlässigt werden.
Die Spannung am Ausgang des Ladungsverstärkers (20 und 32) geht aber selbst bei weiterhin ausgeübter Kraft F aufgrund des parasitär oder real vorhandenen Widerstandes 34 nach einer durch die Kapazität 32 und den Widerstand 34 be- stimmten Zeitkonstanten auf Null zurück. Wird die Kraftausübung F dann beendet, so führt dies analog zu den obigen Ausführungen in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel zu einer Spannung am Ausgang der Verstärkerschaltung 20 mit umgekehrter Polarität, sodass auch hier positive und negative Messsignale Uout auftreten könnten.
Analog zum ersten obigen Ausführungsbeispiel ist deshalb auch beim Schaltungsaufbau von Fig. 4 eine Zusatzspannungsquelle 26 zwischen die zweite E- lektrode 18 des piezoelektrischen Elements 10 und den Bezugspunkt 24 der Spannungsquelle 22 der Verstärkerschaltung 20 gesetzt. Damit treten am Aus- gang der Verstärkerschaltung 20 bezüglich des Bezugspunkts 24 ausschließlich positive Spannungen auf. Die Betriebsspannung Ub der Zusatzspannungsquelle 26 ist auch hier vorzugsweise etwa halb so groß wie die Betriebsspannung Ua der Spannungsquelle 22 für die Verstärkerschaltung 20, sodass der Ruhepegel des Messsignals Uout am Ausgang des Ladungsverstärkers 20, 32 etwa in der Mitte des Aussteuerungsbereichs liegt.
Die Funktionsweise des Drucktastschalters des zweiten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 5A und B weiter veranschaulicht. Dabei ist in den Darstellungen A jeweils der Verlauf einer auf das piezoelektrische Element 10 ausgeübten Kraft F über der Zeit t gezeigt, und in den Darstellungen B ist jeweils der zeitliche Verlauf des Messsignals Uout am Ausgang des Ladungsverstärkers 20, 32 für den Fall Ub = 1/2 Ua gezeigt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind auch hier jeweils links der Fall für einen relativ langen konstanten Tastendruck und rechts der Fall für einen relativ kurzen konstanten Tastendruck veranschaulicht.
Das Messsignal Uout der Verstärkerschaltung 20 (Fig. 2) bzw. des aus Verstär- kerschaltung 20 und Kapazität 32 gebildeten Ladungsverstärkers (Fig. 4) wird zum Beispiel einem A/D-Eingangsanschluss einer Steuerung (z.B. Mikroprozessor) 36 zugeführt und mit einer entsprechenden Software ausgewertet. Falls mehrere Drucktastschalter bzw. piezoelektrischen Elemente 10 durch eine Steuerung 36 ausgewertet werden sollen, die Steuerung aber nicht ausreichend viele A/D-Eingangsanschlüsse aufweist, so müssen mehrere analoge Messsignale
Uout verschiedener piezoelektrischer Elemente 10 mittels einer Multiplexerschal- tung auf einen A/D-Eingangsanschluss der Steuerung geschaltet werden. Dieser Fall ist in dem Schaltungsdiagramm von Fig. 6 schematisch veranschaulicht.
Mit U1 , U2, U3 sind die analogen Messsignale Uout von drei verschiedenen
Drucktastschaltern der oben beschriebenen Konstruktion bezeichnet. Diese analogen Messsignale U1 , U2, U3 sind jeweils über einen Widerstand R1 , R2, R3 und eine Diode D1 , D2, D3 auf einen gemeinsamen A/D-Eingangsanschluss der Steuerung 36 gelegt. Über einen gemeinsamen Widerstand R4 ist jeweils ein Spannungsteiler R1/R4, R2/R4 bzw. R3/R4 gebildet.
Die Signalleitungen der drei analogen Messsignale U1 , U2, U3 sind ferner jeweils mit einem Open-Drain-Ausgang S1 , S2 bzw. S3 der Steuerung 36 verbunden, die ihrerseits mit Masse verbunden sind. Soll zum Beispiel das analoge Messsignal U1 der Steuerung 36 zugeführt werden, so müssen die Open-Drain-Ausgänge S2 und S3 der Steuerung 36 auf Masse geschaltet werden. Dadurch werden die Anoden D2 und D3 durch die Open-Drain-Ausgänge S2 und S3 über die Wider- stände R2 und R3 gegen Masse kurzgeschlossen. Die Dioden D2 und D3 gehen damit in den Sperrzustand und verhindern eine Überlagerung der Messsignale U2 und U3 am Widerstand R4 auf das Messsignal U1 , das derzeit ausgewertet werden soll.
In diesem Schaltzustand liegt das um die Flussspannung UD1 der Diode D1 und durch den Spannungsteiler R1/R4 erniedrigte analoge Messsignal U1AD am A/D- Eingangsanschluss der Steuerung 36 an:
U1AD = (U1 - U01) R4 / (R1+R4)
Die Auswertung der beiden anderen analogen Messsignale U2 und U3 erfolgt in analoger Weise.
Bei dem erfindungsgemäßen Drucktastschalter, wie er oben anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden ist, wird am Ausgang des Ladungsverstärkers, d.h. der Verstärkerschaltung 20, immer ein Messsignal Uout mit einem positiven Spannungspegel erzeugt. Hierdurch werden die Weiterverarbeitung und die Auswertung der Messsignale wesentlich vereinfacht. Gleichzeitig macht der
Drucktastschalter der Erfindung Gebrauch von den eingangs genannten Vorteilen eines Drucktastschalters mit einem piezoelektrischen Element, weshalb er in besonders vorteilhafter Weise für eine Bedienvorrichtung eines elektronischen Haushaltsgeräts verwendet werden kann.
BEZUGSZIFFERNLISTE
10 piezoelektrisches Element
12 Bedienblende
14 feste Basis
16 erste Elektrode
18 zweite Elektrode
19 Finger
20 Verstärkerschaltung
22 Spannungsquelle
24 Bezugspunkt von 22
26 Zusatzspannungsquelle
28 Kapazität
30 Widerstand
32 Kapazität
34 Widerstand
36 Steuerung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Drucktastschalter, mit einem piezoelektrischen Element (10), das so zwischen einer ersten E- lektrode (16) und einer zweiten Elektrode (18) angeordnet ist, dass beim
Ausüben eines Drucks auf das piezoelektrische Element eine elektrische Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (16, 18) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Verstärkerschaltung (20) vorgesehen ist, deren erster
Eingang mit der ersten Elektrode (16) des piezoelektrischen Elements (10) verbunden ist und deren zweiter Eingang mit der zweiten Elektrode (18) des piezoelektrischen Elements (10) verbunden ist; dass die Verstärkerschaltung (20) mit einer Spannungsquelle (22) betrie- ben wird und an ihrem Ausgang eine verstärkte Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des piezoelektrischen Elements als Messsignal (Uout) erzeugt; und dass zwischen eine der ersten und der zweiten Elektrode (16, 28) des piezoelektrischen Elements (10) und einem Bezugspunkt (24) der Span- nungsquelle (22) der Verstärkerschaltung (20) eine Zusatzspannungsquelle (26) geschaltet ist, deren Betriebsspannung (Ub) größer als die maximale Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (16, 18) des piezoelektrischen Elements (10) ist.
2. Drucktastschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung (Ub) der Zusatzspannungsquelle (26) etwa halb so groß wie eine Betriebsspannung (Ua) der Spannungsquelle (22) der Verstärkerschaltung (20) gewählt ist.
3. Bedienvorrichtung, mit wenigstens einem Drucktastschalter nach Anspruch 1 oder 2, und einer Steuerung (36) mit wenigstens einem A/D-Eingangsanschluss, der mit dem Ausgang der Verstärkerschaltung (20) des wenigstens einen Drucktastschalters verbunden ist.
4. Bedienvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der Verstärkerschaltungen (20) mehrerer Drucktastschalter mit einem A/D-Eingangsanschluss der Steuerung (36) über eine Analog-Multiplexerschaltung verbunden sind.
5. Verwendung einer Bedienvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 für ein e- lektronisches Haushaltsgerät.
EP07801923A 2006-09-02 2007-08-28 Drucktastschalter Withdrawn EP2057737A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610041226 DE102006041226B4 (de) 2006-09-02 2006-09-02 Drucktastschalter
PCT/EP2007/007500 WO2008028577A1 (de) 2006-09-02 2007-08-28 Drucktastschalter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2057737A1 true EP2057737A1 (de) 2009-05-13

Family

ID=38669821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07801923A Withdrawn EP2057737A1 (de) 2006-09-02 2007-08-28 Drucktastschalter

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7977851B2 (de)
EP (1) EP2057737A1 (de)
CN (1) CN101512903A (de)
DE (1) DE102006041226B4 (de)
WO (1) WO2008028577A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009029500A1 (de) * 2009-09-16 2011-03-24 Huf Hülsbeck & Fürst Gmbh & Co. Kg Betätigungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
DE102009047510B3 (de) * 2009-12-04 2011-05-19 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Haushaltsgerät mit einer Bedieneinrichtung und Verfahren zum Bedienen eines Haushaltsgeräts
DE102010034588A1 (de) * 2010-08-17 2012-02-23 Johnson Matthey Catalysts (Germany) Gmbh Schaltanordnung mit einem Piezotaster sowie Verfahren zum Steuern eines Schaltvorgangs mit Hilfe einer derartigen Schaltanordnung
FR2968418B1 (fr) * 2010-12-03 2013-08-16 Schneider Electric Ind Sas Dispositif d'actionnement a voyant et bouton poussoir comportant un tel dispositif
KR20150024134A (ko) * 2013-08-26 2015-03-06 삼성전자주식회사 버튼을 이용하는 제어 장치 및 그 제어 방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4328441A (en) * 1980-01-31 1982-05-04 Minnesota Mining And Manufacturing Company Output circuit for piezoelectric polymer pressure sensor
DE3918407C2 (de) * 1989-06-06 1993-12-23 Deutsche Aerospace Piezoelektrischer Beschleunigungssensor, insbesondere zur Auslösung von Insassenschutzvorrichtungen in Kraftfahrzeugen
US5231326A (en) * 1992-01-30 1993-07-27 Essex Electronics, Inc. Piezoelectric electronic switch
US5612623A (en) * 1994-05-27 1997-03-18 Nippondenso Co., Ltd. Failure diagnostic apparatus and method for a resistor element
FR2739936B1 (fr) * 1995-10-11 1997-11-14 Snecma Amplificateur de charge differentiel pour capteur piezoelectrique
JP2002168719A (ja) * 2000-12-01 2002-06-14 Ngk Spark Plug Co Ltd 圧電型圧力センサ用チャージアンプ
EP1537609A2 (de) * 2002-09-04 2005-06-08 Triad Sensors Inc. Interface-elektronik für piezoelektrische bauelemente
DE102005006666A1 (de) * 2005-02-14 2006-08-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Piezoelektrischer Sensor und dessen Verwendung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008028577A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006041226B4 (de) 2015-05-13
US20100013355A1 (en) 2010-01-21
WO2008028577A1 (de) 2008-03-13
CN101512903A (zh) 2009-08-19
DE102006041226A1 (de) 2008-03-20
US7977851B2 (en) 2011-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1672798B1 (de) Schaltungsanordnung für einen kapazitiven Berührungsschalter
EP0859468B1 (de) Schaltungsanordnung für ein Sensorelement
DE102006054539B3 (de) Verfahren zur Erzeugung einer Niederspannungsversorgung einer elektrischen Steuereinrichtung
EP3329597B1 (de) Bedieneinrichtung für ein fahrzeug und verfahren zum betrieb einer solchen bedieneinrichtung
EP1122886A1 (de) Schaltungsanordnung für ein kapazitives Sensorelement
EP1816747A2 (de) Kapazitiver Berührungsschalter
DE102006041226B4 (de) Drucktastschalter
DE102006029120A1 (de) Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements
EP2601339B1 (de) Hausgerät zum trocknen von wäschestücken und verfahren zum bestimmen einer mit einem trocknungsgrad der wäschestücke korrelierten messgrösse
DE29721213U1 (de) Schaltungsanordnung für ein Sensorelement
EP1882161B1 (de) Verfahren zur auswertung eines potentiometers sowie schaltungsanordnung mit einem potentiometer
EP1675265B1 (de) Schaltungsanordnung für einen kapazitiven Berührungsschalter
DE10121008B4 (de) Kapazitive Tastatur mit Auswerteschaltung
DE2845494C2 (de) Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Berührungsschalters
WO2007140928A1 (de) Schaltungsanordnung zum bestimmen einer kapazität eines kapazitiven sensorelements
EP2429078B1 (de) Kapazitive Bedieneinrichtung für ein Haushaltsgerät, Haushaltsgerät und Verfahren zum Betreiben einer kapazitiven Bedieneinrichtung in einem Haushaltsgerät
DE4443350C1 (de) Schaltungsanordnung zur Ansteuerung und Überwachung elektrischer Lasten in einem Kraftfahrzeug
EP3298689A1 (de) Signalverarbeitungseinrichtung und steuereinrichtung
EP2507913B1 (de) Haushaltsgerät mit einer bedieneinrichtung und verfahren zum bedienen eines haushaltsgeräts
WO2019011556A1 (de) Pegelwandler und ein verfahren zum wandeln von pegelwerten in fahrzeugsteuergeräten
WO2023046572A1 (de) Messanordnung
EP2060910A1 (de) Messvorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines elektrischen Widerstands von Wäschestücken
DE102019102770A1 (de) Steuerungsvorrichtung zur Steuerung eines Ventilatorbetriebsparameters
DE2538294C2 (de) Schaltungsanordnung, z.B. für die Eingabetastatur in der Fernbedienung eines Fernsehempfängers
EP2443421A2 (de) Vorrichtung zum erfassen und übertragen eines messwerts, reihenschaltung, system zum erfassen und übertragen von messwerten und haushaltsgerät

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20090129

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20090623

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20161026

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20170307