WO2006128409A1 - Schalterelement - Google Patents

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WO2006128409A1
WO2006128409A1 PCT/DE2006/000463 DE2006000463W WO2006128409A1 WO 2006128409 A1 WO2006128409 A1 WO 2006128409A1 DE 2006000463 W DE2006000463 W DE 2006000463W WO 2006128409 A1 WO2006128409 A1 WO 2006128409A1
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WO
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switch element
element according
chn
pushbutton
flexible circuit
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PCT/DE2006/000463
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Wagemann
Original Assignee
Intedis Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • 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
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/975—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a capacitive movable element
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
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    • H01H13/70—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard
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    • H01H3/02—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch
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    • H01H2239/00—Miscellaneous
    • H01H2239/006—Containing a capacitive switch or usable as such

Definitions

  • the invention relates to a switch element for actuating a switching function in a vehicle according to the preamble of claim 1.
  • Generic switch elements are used in vehicles to trigger corresponding assigned switching functions, such as the radio or air conditioning.
  • the switching element is actuated by means of an actuating element, preferably by means of the finger of a user, for example by pressing the switch element or rotating the switch element.
  • Generic switch elements in this case have a proximity sensor with which the approach of the actuating element, in particular the approach of a finger or the user's hand, can be detelctiert.
  • a so-called apron detection is realized.
  • This Vorfeldkennung makes it possible that by detecting the approach of the actuating element to the switch element certain functions are triggered even before the operation of the switch element itself. This is particularly advantageous for switch elements whose switching function is freely programmable.
  • the user can then be shown a corresponding explanation of the j dermal switch element associated switching function when approaching the actuator to the switch element. In this way, the user receives reliable information about the controllable with the switch element switching function before he operated the switch element itself and thus triggers the switching function.
  • Switch elements with Vorfeldkennung are known in principle from the prior art.
  • a defined amount of light is emitted at the switch and measured by a sensor, the amount of light reflected from the environment. This reflected amount of light changes when approaching an actuating element to the switch, so that thereby the approach of the actuating element to the switch element can be detected.
  • Vorfeldkennung requires on the one hand extremely expensive hardware components and on the other hand is relatively susceptible to interference.
  • the proximity sensor is designed in the manner of a capacitive sensor device with at least one capacitive sensor element.
  • This Sensor element responds to the changes in the capacitance caused by the actuating element, in particular when a finger approaches the switch element, directly or indirectly. If, for example, the finger of a hand or the hand itself is approximated to the switch element, the capacitive properties in the surroundings of the switch element that can be detected by the sensor element change in this way.
  • the changes in the capacitance measured by the sensor element are forwarded to an electronic evaluation unit where they are suitably evaluated for detecting the approach of the actuating element.
  • Such a capacitive sensor device offers high reliability.
  • the approach of a human finger can be reliably recognized, whereby the function is also guaranteed when wearing gloves.
  • the erroneous detection by approach of newspapers or garments is largely excluded.
  • a high selectivity can be realized and the switching thresholds are adjustable.
  • the capacitive sensor device is formed in the manner of a flexible circuit carrier.
  • elastically deformable conductor elements for example thin copper tracks
  • an elastically deformable base element for example a plastic film.
  • the sensor element itself is formed by a specific portion of the conductor element. Due to the elastic deformability of the capacitive sensor device, it can be integrated in the switch element in a very flexible and functionally adapted manner. In particular, the sensor element can be placed very easily at a suitable location of the switch element by suitable deformation of the flexible circuit carrier.
  • the deformability of the flexible circuit carrier also makes it possible to use the functional elements of the sensor device. easy to place in the vicinity of the sensor element and interference-proof.
  • Capacitive sensor devices are relatively sensitive to the coupling of interference signals, since the measurement signals must be evaluated with high evaluation accuracy. It is therefore particularly advantageous if the electronic evaluation unit is likewise arranged on the elastically deformable base element and connecting lines formed by conductor elements are contacted with the sensor element. As a result of this integration of the electronic evaluation unit on the flexible circuit carrier, a defined supply line layout results between the sensor unit and the evaluation unit, which leads to a high interference immunity against the coupling of interference signals. In addition, the measuring signals are only minimally falsified by the connecting lines between the evaluation unit and the sensor unit.
  • the switch element itself is formed is basically arbitrary.
  • the switch element is designed in the manner of a pushbutton.
  • This push-button is movable, in particular displaceably or pivotably mounted in a housing, so that the push-button actuated by pressing a button on an actuating surface by the user and thus the switching function can be triggered.
  • a switching element can be provided for this purpose in the shifting element, to which the relative movement of the push-button is transmitted when the button is pressed.
  • This switching device may preferably be formed in the manner of an elastically deformable projection on a switching mat.
  • the sensor element should be arranged as close to the actuating surface of the pushbutton.
  • the pushbutton can have a recess formed by at least two sidewalls on its side remote from the actuating surface.
  • the deformable base element of the flexible circuit carrier extends into this depression with a U-shaped bulge or an L-shaped lug, so that the capacitive sensor element placed on the bulge or lug comes to lie directly below the actuating surface of the pushbutton.
  • the side surfaces of the U-shaped bulge of the base element should preferably at the depression of the push button forming
  • fixation projections are provided in the switch element, on which fixing recesses of the base element are hooked to form the U-shaped bulge can. This also serves the defined geometry of the U-shaped bulge with simple mounting of the base member.
  • a light source is often provided in order to realize a backlighting of the button.
  • the base element of the capacitive sensor device extends between the luminous means and the surface of the switch element to be backlit, the base element should either have a recess or be made of light-permeable material so as to enable the passage of the light provided for backlighting the button surface ,
  • the structural design of the flexible circuit substrate is in principle arbitrary.
  • the base element of the circuit carrier is designed in the manner of a carrier foil.
  • the sensor element and, if present, the other conductor elements on the circuit carrier may preferably be of the type thin
  • Copper layers may be formed, which are preferably prepared by means of photolithographic etching.
  • an insulation layer in particular an insulation film or a solder resist coating, can be provided on the flexible circuit carrier for electrical insulation of the conductor elements.
  • the switch element has an electrically conductive contact surface which comes into contact with the capacitive sensor element in an electrically conductive manner, an improved signal transmission of the capacitance changes in advance of the switch element to the sensor element can thereby be realized.
  • the electrically conductive contact surface is formed by a superficial metallization or a metal foil.
  • FIG. 1 shows a control panel of a motor vehicle with four switch elements in a perspective view.
  • FIG. 2 shows a switch element of the control panel according to FIG. 1 in cross section
  • FIG. 3 shows the switch element according to FIG. 2 in an exploded view
  • FIG. 4 shows the flexible circuit carrier with a capacitive sensor element of the switch element according to FIG. 2 in a perspective view
  • FIG. 5 shows the signal behavior of the sensor element according to FIG. 2;
  • Fig. 1 shows a control panel 01, which is provided for example for operating a radio in a motor vehicle.
  • the control panel 01 four push buttons 02 are provided, which are designed as switch elements with freely programmable switching function.
  • the switching functions assigned to the four different push-buttons 02 can be freely reprogrammed by suitable programming, for example in a menu system.
  • the pushbuttons 02 can be used as initial
  • they can be used in a second programming to operate the air conditioning.
  • each push button 02 on a Vorfelderkennung which detects the approach of the finger of the operator to the push button 02. As soon as the user approaches one of his fingers to one of the pushbuttons 02, without first pushing them through, however, this is detected by the apron recognition and, depending on the current programming of the respective pushbutton 02 on a display, not shown in FIG Explanatory text displayed. This gives the user the opportunity to read the explanatory text and then decide depending on whether the switching function of the respective push button 02 should be triggered by pressing the push button 02.
  • Fig. 2 shows the control panel 01 with a push button 02 in a perspective cross-section.
  • the push button 02 is linearly displaceable mounted in a housing 06 and can be actuated by pressing a button with a finger.
  • the lower end face of the pushbutton 02 is pressed against a switching member 07 and thereby triggers the respective associated switching function of the pushbutton 02.
  • the switching member 07 is formed as an elastically deformable projection of a switching mat 08, which is pressed at a depression of the push button 02 against a contact surface on a board 09.
  • an LED 10 is also equipped, which serves to backlight the push button 02.
  • a capacitive sensor element 11 serving as a conductor element on a flexible sensor is used
  • the flexible circuit carrier 12 consists of a base element, which is made of a carrier foil, are deposited on the conductor elements of thin copper layers. In this way, the flexible circuit substrate 12 can be flexibly deformed from its originally planar shape. This makes it possible that the flexible circuit substrate 12 extends with its capacitive sensor element 1 1 supporting area with a U-shaped bulge 17 in a recess 14 of the push button 02, so that the capacitive sensor element 1 1 very close to the actuating surface 05 is approximated on the back.
  • the inside of the pushbutton 02 is coated with a metal surface 04, which comes to rest in the side walls of the recess 14 electrically conductive on the sensor element 11.
  • This metallization transmits the capacitance changes in advance of the actuating surface 05 when approaching a body part with an amplified signal level.
  • a rectangular projection 03 is formed on the switching mat 08, which forms a light shaft.
  • FIG. 3 shows an exploded view of the pushbutton 02. It can be seen that the housing 06 has four fixing projections 15 on its underside in the region of each pushbutton 02, which pass through the fixing recesses 16 in the flexible circuit carrier 12 and in this way penetrate the U fix the shaped bulge 17.
  • the Fixiervorsprünge 15 are inserted during assembly of the push button 02 in location-complementary arranged recesses 18 of the switching mat 08.
  • FIG. 4 shows the construction of a capacitive sensor device 19 with the flexible circuit carrier 12, in which four capacitive sensor elements 1 1 are each realized with an associated electronic evaluation unit 13.
  • a capacitive sensor device is installed in the control panel 01. Since the electronics and the conductor element layout of the capacitive sensor device 19 are completely independent of the other electronics of the control panel 01, they can be separately developed, tested and installed and also offer a high noise immunity.
  • the conductor element sections serving as connection lines are not recognizable in FIG. 4 because they are covered by an insulator foil.
  • a recess 23 is provided in the circuit carrier 12 for the passage of light generated by the LED's 10.
  • Fig. 5 shows the signal behavior of the sensor element 1 1 when approaching a finger to the push button 02.
  • the output signal 20 increases in shortening the distance between the finger and the receiving element 11 according to a known functional equation.
  • an evaluation threshold 21 is defined in the evaluation device 13, in the course of which an explanation text for explaining the switching function programmed on the respective push-button 02 is displayed.
  • a second evaluation threshold 22 can also be defined in the capacitive sensor device. This evaluation threshold 22 is placed so that it is exceeded only by pushing the push button 02 and the corresponding approach of the finger to the sensor element 1 1. As soon as the output signal 20 exceeds the second evaluation threshold 22, the pushbutton 02 is considered to be pushed through and the correspondingly programmed switching function is triggered. The switching member 07 can be replaced in this way by the second evaluation threshold 22.

Landscapes

  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Schalterelement (02) zur Betätigung einer Schaltfunktion in einem Fahrzeug, wobei in das Schalterelement (02) ein Näherungssensor (11, 19) integriert ist, mit dem die Annäherung eines Betätigungselements an das Schalterelement (11, 19), insbesondere die Annäherung eines Fingers, detektiert werden kann. Der Näherungssensor ist als kapazitive Sensoreinrichtung (19) mit zumindest einem kapazitiven Sensorelement (11) ausgebildet, wobei das Sensorelement (11) auf durch das Betätigungselement mittelbar oder unmittelbar verursachte Änderungen der Kapazität reagiert. Das Sensorelement (11) ist mit einer elektronischen Auswerteeinheit (13) verbindbar, die die durch das Betätigungselement verursachten Kapazitätsänderungen auswertet. Das Sensorelement (11) wird von zumindest einem Leiterelement gebildet, das unter Bildung eines flexiblen Schaltungsträger (12) auf einem elastisch verformbaren Basiselement angeordnet ist.

Description

Schalterelement
Die Erfindung betrifft ein Schalterelement zur Betätigung einer Schaltfunktion in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Schalterelemente finden in Fahrzeugen Verwendung, um entsprechend zugeordnete Schaltfunktionen, beispielsweise des Radios oder der Klimaanlage, auszulösen. Das Schaltelement wird dabei mittels eines Betätigungselements, vorzugsweise mittels des Fingers eines Benutzers, beispielsweise durch Drücken des Schalterelements oder Verdrehen des Schalterelements, betätigt.
Gattungsgemäße Schalterelemente besitzen dabei einen Näherungssensor, mit dem die Annäherung des Betätigungselements, insbesondere die Annäherung eines Fingers oder der Hand des Benutzers, detelctiert werden kann. Damit wird eine sogenannte Vorfelderkennung realisiert. Diese Vorfelderkennung ermöglicht es, dass durch Detektion der Annäherung des Betätigungselements an das Schalterelement bestimmte Funktionen bereits vor der Betätigung des Schalterelements selbst ausgelöst werden. Dies ist insbesondere bei Schalterelementen von Vorteil, deren Schalt- funktion frei programmierbar ist. Mittels der Vorfelderkennung kann dem Benutzer dann bei Annäherung des Betätigungselements an das Schalterelement eine entsprechende Erläuterung zu der dem j eweiligen Schalterelement zugeordneten Schaltfunktion eingeblendet werden. Auf diese Weise erhält der Benutzer zuverlässige Informationen über die mit dem Schalterelement kontrollierbare Schaltfunktion bevor er das Schalterelement selbst betätigt und auf diese Weise die Schaltfunktion auslöst.
Schalterelemente mit Vorfelderkennung sind im Grundsatz aus dem Stand der Technik bekannt. Bei bekannten Schalterelementen mit Vorfelderkennung wird am Schalter eine definierte Lichtmenge ausgestrahlt und mittels eines Sensors die vom Umfeld reflektierte Lichtmenge gemessen. Diese reflektierte Lichtmenge ändert sich bei Annäherung eines Betätigungselements an den Schalter, so dass dadurch die Annäherung des Betätigungselements an das Schalterelement detektiert werden kann.
Nachteilig an dieser Vorfelderkennung ist es, dass sie zum einen außerordentlich aufwendige Hardwarekomponenten benötigt und zum anderen relativ störempfindlich ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Schalterelement mit Vorfelderkennung vorzuschlagen, das kostengünstig hergestellt werden kann und zugleich eine hohe Funktionssicherheit bietet.
Diese Aufgabe wird durch ein Schalterelement nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß eines ersten Teilaspekt des erfindungsgemäßen Schalterelements ist der Näherungssensor in der Art einer kapazitiven Sensoreinrichtung mit zumindest einem kapazitiven Sensorelement ausgebildet. Dieses Sensorelement reagiert auf die durch das Betätigungselement, insbesondere bei Annäherung eines Fingers an das Schalterelement, mittelbar oder unmittelbar verursachten Änderungen der Kapazität. Wird beispielsweise der Finger einer Hand oder die Hand selbst an das Schalter- element angenähert, so ändern sich auf diese Weise die kapazitiven Eigenschaften in der Umgebung des Schalterelements, die durch das Sensorelement erfasst werden können. Die durch das Sensorelement gemessenen Änderungen der Kapazität werden an eine elektronische Auswerteeinheit weitergegeben und dort zur Detektion der Annäherung des Betätigungselements geeignet ausgewertet.
Eine solche kapazitive Sensoreinrichtung bietet eine hohe Funktionssicherheit. Insbesondere kann die Annäherung eines menschlichen Fingers sicher erkannt werden, wobei die Funktion auch beim Tragen von Handschuhen weiterhin gewährleistet ist. Die fehlerhafte Erfassung durch Annäherung von Zeitungen oder Kleidungsstücken ist dagegen weitgehend ausgeschlossen. Dabei lässt sich eine hohe Trennschärfe realisieren und die Schaltschwellen sind einstellbar.
Gemäß des zweiten Teilaspekts des erfindungsgemäßen Schalterelements ist die kapazitive Sensoreinrichtung in der Art eines flexiblen Schal- tungsträgers ausgebildet. Das bedeutet, dass auf einem elastisch verformbaren Basiselement, beispielsweise einer Kunststofffolie, elastisch verformbare Leiterelemente, beispielsweise dünne Kupferbahnen, vorgesehen sind. Das Sensorelement selbst wird dabei von einem bestimmten Abschnitt des Leiterelements gebildet. Durch die elastische Verformbar- keit der kapazitiven Sensoreinrichtung lässt sich diese sehr flexibel und funktionsangepasst in das Schalterelement integrieren. Insbesondere kann das Sensorelement sehr einfach an einer geeigneten Stelle des Schalterelements durch geeignete Verformung des flexiblen Schaltungsträgers platziert werden. Die Verformbarkeit des flexiblen Schaltungs- trägers ermöglicht es außerdem die Funktionselement der Sensoreinrich- tung in der Umgebung des Sensorelements einfach und störsicher zu platzieren.
Kapazitive Sensoreinrichtungen sind relativ empfindlich gegenüber der Einkopplung von Störsignalen, da die Messsignale mit hoher Auswerte- genauigkeit ausgewertet werden müssen. Es ist deshalb besonders vorteilhaft, wenn die elektronische Auswerteeinheit ebenfalls auf dem elastisch verformbaren Basiselement angeordnet und durch Leiterelemente gebildete Verbindungsleitungen mit dem Sensorelement kontaktiert ist. Durch diese Integration der elektronischen Auswerteeinheit auf dem flexiblen Schaltungsträger ergibt sich ein definiertes Zuleitungslayout zwischen Sensoreinheit und Auswerteeinheit, was zu einer hohen Störsicherheit gegenüber der Einkopplung von Störsignalen führt. Außerdem werden die Messsignale nur minimal durch die Verbindungsleitungen zwischen Auswerteeinheit und Sensoreinheit verfälscht.
In welcher Bauart das Schalterelement selbst ausgebildet ist, ist grundsätzlich beliebig. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schalterelement in der Art eines Drucktasters ausgebildet. Dieser Drucktaster ist beweglich, insbesondere verschiebbar oder verschwenkbar in einem Gehäuse gelagert, so dass der Drucktaster durch Tastendruck auf eine Betätigungsfläche durch den Benutzer betätigt und damit die Schaltfunktion ausgelöst werden kann.
In welcher Art die Schaltfunktion des Drucktasters bei Tastendruck auf die Betätigungsfläche ausgelöst wird, ist grundsätzlich beliebig. Nach einer ersten konventionellen Aus führungs form kann dazu im Schaltele- ment ein Schaltorgan vorgesehen sein, auf das die Relativbewegung des Drucktasters beim Tastendruck übertragen wird. Dieses Schaltorgan kann dabei bevorzugt in der Art eines elastisch verformbaren Vorsprungs auf einer Schaltmatte ausgebildet sein.
Alternativ zur Verwendung eines solchen Schaltorgans kann auch die kapazitive Sensoreinrichtung, die erfindungsgemäß zunächst nur zur Vorfelderkennung bei Annäherung des Betätigungselements dient, zugleich auch zur Auslösung der Schaltfunktion bei Betätigung des Drucktasters dienen. Dazu wird, wie bei der Vorfelderkennung, die mittelbare oder unmittelbare verursachte Änderung der Kapazität gemes- sen und ausgewertet, wobei in der Auswerteeinheit eine Schaltschwelle definiert ist, die nur bei Tastendruck auf den Drucktaster überschritten wird. Auf diese Weise kann ein separates Schaltorgan zur Auslösung der Schaltfunktion des Schalterelements entfallen, da diese Funktion von der kapazitiven Sensoreinrichtung durch entsprechende Auswertung der Kapazitätsänderung beim Tastendruck übernommen wird.
Um eine hohe Funktionssicherheit der Vorfelderkennung bzw. der Ausübung der Schaltfunktion durch die kapazitive Sensoreinrichtung zu gewährleisten, sollte das Sensorelement möglichst nah an der Betätigungsfläche des Drucktasters angeordnet sein. Um diese Nähe zwischen Betäti- gungsfläche und Sensorelement auch bei einfachem Aufbau des Schalterelements insgesamt gewährleisten zu können, kann der Drucktaster auf seiner von der Betätigungsfläche abgewandten Seite eine von zumindest zwei Seitenwänden gebildete Vertiefung aufweisen. In diese Vertiefung erstreckt sich das verformbare Basiselement des flexiblen Schaltungsträ- gers mit einer U-förmigen Auswölbung oder einer L-förmigen Fahne derart, so dass das an der Auswölbung oder Fahne platzierte kapazitive Sensorelement direkt unter der Betätigungsfläche des Drucktasters zum Liegen kommt.
Die Seitenflächen der U-förmigen Auswölbung des Basiselements sollten dabei bevorzugt an den die Vertiefung des Drucktasters bildenden
Seitenwänden zur Anlage kommen, um eine definierte Platzierung bei hoher kapazitiver Störsicherheit zu gewährleisten.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn im Schalterelement Fixiervorsprünge vorgesehen sind, an denen Fixierausnehmungen des Basis- elements zur Bildung der U-förmigen Auswölbung eingehängt werden können. Auch dies dient der definierten Geometrie der U-förmigen Auswölbung bei einfacher Montage des Basiselements.
In gattungsgemäßen Schalterelementen ist vielfach ein Leuchtmittel vorgesehen, um eine Hinterleuchtung der Schaltfläche zu realisieren. Soweit sich das Basiselement der kapazitiven Sensoreinrichtung zwischen dem Leuchtmittel und der zu hinterleuchtenden Fläche des Schalterelements erstreckt, sollte das Basiselement entweder eine Ausnehmung aufweisen oder aus lichtdurchlässigem Material hergestellt sein, um auf diese Weise den Durchtritt des zur Hinterleuchtung der Schaltflä- che vorgesehenen Lichts zu ermöglichen.
Die konstruktive Ausbildung des flexiblen Schaltungsträgers ist prinzipiell beliebig. Nach einer bevorzugten Aus führungs form ist das Basiselement des Schaltungsträgers in der Art einer Trägerfolie ausgebildet. Das Sensorelement und - soweit vorhanden - die anderen Leiterelemente auf dem Schaltungsträger können bevorzugt in der Art von dünnen
Kupferschichten ausgebildet sein, die bevorzugt mittels photolithographischer Ätzverfahren hergestellt sind.
Zur Erhöhung der Störsicherheit kann auf dem flexiblen Schaltungsträger zur elektrischen Isolation der Leiterelemente eine Isolationsschicht, insbesondere eine Isolationsfolie oder eine Lötstoplackierung, vorgesehen werden.
Wenn das Schalterelement eine elektrisch leitende Kontaktfläche aufweist, die elektrisch leitend am kapazitiven Sensorelement zu Anlage kommt, kann dadurch eine verbesserte Signalübertragung der Kapazitäts- änderungen im Vorfeld des Schalterelements auf das Sensorelement realisiert werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die elektrisch leitende Kontaktfläche durch eine oberflächliche Metallisierung oder eine Metallfolie gebildet ist. Besonders große Vorteile bietet die kapazitive Vorfelderkennung des erfindungsgemäßen Schalterelements bei frei programmierbaren Schaltfunktionen. Die Vorfelderkennung ermöglicht es nämlich, dass die einem Schalterelement jeweils zugeordnete Schaltfunktion bei Annäherung des Betätigungselements an ein Anzeigeelement, beispielsweise der Display eines Navigationssystems, angezeigt wird.
Eine Aus führungs form der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Bedienfeld eines Kraftfahrzeuges mit vier Schalterelementen in perspektivischer Ansicht;
Fig. 2 ein Schalterelement des Bedienfelds gemäß Fig. 1 im Querschnitt;
Fig. 3 das Schalterelement gemäß Fig. 2 in einer Explosionsdarstel- lung;
Fig. 4 den flexiblen Schaltungsträger mit kapazitivem Sensorelement des Schalterelements gemäß Fig. 2 in perspektivischer Ansicht;
Fig. 5 das Signalverhalten des Sensorelements gemäß Fig. 2;
Fig. 1 zeigt ein Bedienfeld 01 , das beispielsweise zur Bedienung eines Radios in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. In dem Bedienfeld 01 sind vier Drucktaster 02 vorgesehen, die als Schalterelemente mit frei programmierbarer Schaltfunktion ausgebildet sind. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die den vier verschiedenen Drucktastern 02 zugeordne- ten Schaltfunktionen durch geeignete Programmierung, beispielsweise in einem Menüsystem, frei umprogrammiert werden können. So können die Drucktaster 02 beispielsweise in einer ersten Programmierung als Stati- onstasten dienen, wohingegen sie in einer zweiten Programmierung zur Bedienung der Klimaanlage eingesetzt werden können.
Um dem Benutzer die Bedienung der Drucktaster 02, die sich abhängig von der Programmierung ändern kann, zu vereinfachen, weist jeder Drucktaster 02 eine Vorfelderkennung auf, die die Annäherung des Fingers des Bedieners an die Drucktaster 02 detektiert. Sobald der Benutzer einen seiner Finger an einen der Drucktaster 02 annähert, ohne diesen j edoch zunächst durchzudrücken, wird dies durch die Vorfelderkennung detektiert und in Abhängigkeit von der aktuellen Programmie- rung des jeweiligen Drucktasters 02 an einem in Fig. 1 nicht dargestellten Display ein entsprechender Erläuterungstext angezeigt. Dadurch erhält der Benutzer die Möglichkeit, den Erläuterungstext zu lesen und dann in Abhängigkeit davon zu entscheiden, ob die Schaltfunktion des jeweiligen Drucktasters 02 durch Durchdrücken des Drucktasters 02 ausgelöst werden soll.
Fig. 2 zeigt das Bedienfeld 01 mit einem Drucktaster 02 in einem perspektivischen Querschnitt. Der Drucktaster 02 ist linear verschiebbar in einem Gehäuse 06 gelagert und kann durch Tastendruck mit einem Finger betätigt werden. Bei Betätigung des Drucktasters 02 wird die untere Stirnfläche des Drucktasters 02 gegen ein Schaltorgan 07 gedrückt und löst dadurch die j eweils zugeordnete Schaltfunktion des Drucktasters 02 aus. Das Schaltorgan 07 ist dabei als elastisch verformbarer Vorsprung einer Schaltmatte 08 ausgebildet, der bei Niederdrücken der Drucktaste 02 gegen eine Kontaktfläche auf einer Platine 09 gedrückt wird. Auf der Platine 09 ist außerdem eine LED 10 bestückt, die zur Hinterleuchtung des Drucktasters 02 dient.
Zur Realisierung der Vorfelderkennung, die die Annäherung eines Bedienerfingers an die Betätigungsfläche 05 des Drucktasters 02 berührungsfrei detektiert, dient ein kapazitives Sensorelement 11 (siehe Fig. 3 und Fig. 4), das in der Art eines Leiterelements auf einem flexiblen
Schaltungsträger (FPC) 12 integriert ist. Auf dem flexiblen Schaltungs- träger 12 sind weiterhin jedem kapazitiven Sensorelement zugeordnet elektronische Auswerteeinrichtungen 13 integriert, mit denen die Messsignale der kapazitiven Sensorelemente 1 1 ausgewertet werden, um die Vorfelderkennung zu realisieren. Der flexible Schaltungsträger 12 besteht aus einem Basiselement, das aus einer Trägerfolie hergestellt ist, auf der Leiterelemente aus dünnen Kupferschichten abgeschieden sind. Auf diese Weise kann der flexible Schaltungsträger 12 aus seiner ursprünglich ebenen Form flexibel verformt werden. Dadurch wird es ermöglicht, dass sich der flexible Schaltungsträger 12 mit seinem das kapazitive Sensorelement 1 1 tragenden Bereich mit einer U-förmigen Aus Wölbung 17 in eine Vertiefung 14 des Drucktasters 02 erstreckt, so dass das kapazitive Sensorelement 1 1 sehr nah an die Betätigungsfläche 05 auf dessen Rückseite angenähert wird. Außerdem ist die Innenseite des Drucktasters 02 mit einer Metalloberfläche 04 beschichtet, die in den Seitenwänden der Vertiefung 14 elektrisch leitend am Sensorelement 11 zu Anlage kommt. Diese Metallisierung überträgt die Kapazitätsänderungen im Vorfeld der Betätigungsfläche 05 bei Annäherung eines Körperteils mit verstärktem Signalniveau.
Zur seitlichen Stabilisierung der U-förmige Auswölbung 17 und zur Abschattung des von der LED abgegebenen Lichts ist an der Schaltmatte 08 ein rechteckförmiger Vorsprung 03 angeformt, der einen Lichtschacht bildet.
Fig. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung des Drucktasters 02. Man erkennt, dass das Gehäuse 06 an seiner Unterseite im Bereich j edes Druck- tasters 02 vier Fixiervorsprünge 15 aufweist, die die Fixierausnehmun- gen 16 im flexiblen Schaltungsträger 12 durchgreifen und auf diese Weise die U-förmige Auswölbung 17 fixieren. Die Fixiervorsprünge 15 werden bei der Montage des Drucktasters 02 in ortskomplementär angeordneten Ausnehmungen 18 der Schaltmatte 08 eingesteckt.
Fig. 4 zeigt den Aufbau einer kapazitiven Sensoreinrichtung 19 mit dem flexiblen Schaltungsträger 12, in dem vier kapazitive Sensorelemente 1 1 mit j eweils einer zugeordneten elektronischen Auswerteeinheit 13 realisiert sind. Bei der Montage des Bedienfelds 01 wird eine kapazitive Sensoreinrichtungen in das Bedienfeldes 01 eingebaut. Da die Elektronik und das Leiterelementlayout der kapazitiven Sensoreinrichtung 19 völlig unabhängig von der sonstigen Elektronik des Bedienfelds 01 sind, können diese separat entwickelt, geprüft und verbaut werden und bieten zudem eine hohe Störsicherheit. Die als Verbindungsleitungen dienenden Leiterelementabschnitte sind in Fig. 4 nicht erkennbar da diese durch eine Isolatorfolie abgedeckt sind. In der Mitte der Sensorelemente 1 1 ist in dem Schaltungsträger 12 jeweils eine Ausnehmung 23 zum Lichtdurchtritt des von den LED 's 10 erzeugten Lichts vorgesehen.
Fig. 5 zeigt das Signalverhalten des Sensorelements 1 1 bei Annäherung eines Fingers an den Drucktaster 02. Das Ausgangssignal 20 steigt bei Verkürzung des Abstands zwischen Finger und Aufnahmeelement 11 gemäß einer bekannten Funktionsgleichung an. In der Auswerteeinrich- tung 13 ist dabei eine Auswerteschwelle 21 definiert, bei deren Überschreitung ein Erläuterungstext zur Erläuterung der auf dem j eweiligen Drucktaster 02 programmierten Schaltfunktion angezeigt wird.
Alternativ zur Verwendung des Schaltorgans 07 kann in der kapazitiven Sensoreinrichtung auch noch eine zweite Auswerteschwelle 22 definiert werden. Diese Auswerteschwelle 22 wird dabei so gelegt, dass sie nur bei Durchdrücken des Drucktasters 02 und der entsprechenden Annäherung des Fingers an das Sensorelement 1 1 überschritten wird. Sobald das Ausgangssignal 20 die zweite Auswerteschwelle 22 überschreitet, gilt der Drucktaster 02 als durchgedrückt und die entsprechend programmierte Schaltfunktion wird ausgelöst. Das Schaltorgan 07 kann auf diese Weise durch die zweite Auswerteschwelle 22 ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Schalterelement (02) zur Betätigung einer Schaltfunktion in einem Fahrzeug, wobei in das Schalterelement (02) ein Näherungssensor (11, 19) integriert ist, mit dem die Annäherung eines Betätigungselements an das Schalterelement (11, 19), insbesondere die Annähe- rung eines Fingers, detektiert werden kann, dadurch g ek ennz e i chnet , dass der Näherungssensor als kapazitive Sensoreinrichtung (19) mit zumindest einem kapazitiven Sensorelement (11) ausgebildet ist, wobei das Sensorelement (11) auf durch das Betätigungselement mittel- bar oder unmittelbar verursachte Änderungen der Kapazität reagiert und wobei das Sensorelement (11) mit einer elektronischen Auswerteeinheit (13) verbindbar ist, die die durch das Betätigungselement verursachten Kapazitätsänderungen auswertet, und wobei das Sensorelement (11) von zumindest einem Leiterelement gebildet wird, das unter Bildung eines flexiblen Schaltungsträger (12) auf einem elastisch verformbaren Basiselement angeordnet ist.
2. Schalterelement nach Anspruch 1, dadurch g ekennz ei chnet , dass die elektronische Auswerteeinheit (13) auf dem gleichen flexib- len Schaltungsträger (12) angeordnet und durch Leiterelemente gebildete Verbindungsleitungen mit dem Sensorelement (11) kontaktiert ist.
3. Schalterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennz ei chnet , dass das Schalterelement in der Art eines Drucktasters (02) ausgebildet ist, der in einem Gehäuse (06) beweglich, insbesondere ver- schiebbar oder verschwenkbar, gelagert ist und durch Tastendruck auf eine Betätigungsfläche (05) betätigt werden kann.
4. Schalterelement nach Anspruch 3, dadurch gek ennz e i chn et , dass die Schaltfunktion des Drucktasters (02) durch ein elektrisches Schaltorgan (07) ausgelöst wird, auf das die Relativbewegung des
Drucktasters (02) beim Tastendruck übertragen wird.
5. Schalterelement nach Anspruch 4, dadurch g ek ennz ei chn et , dass das Schaltorgan (07) von einem elastisch verformbaren Vor- Sprung einer Schaltmatte (08) gebildet ist.
6. Schalterelement nach Anspruch 3, dadurch gek ennz e i chn et , dass die Schaltfunktion des Drucktasters durch die kapazitive Sensoreinrichtung dadurch ausgelöst wird, dass die durch das Betäti- gungselement beim Tastendruck auf den Drucktaster mittelbar oder unmittelbar verursachten Änderungen der Kapazität, insbesondere durch Überschreiten einer Auswerteschwelle (22) ausgewertet wird.
7. Schalterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gek ennz ei chn et , dass der Drucktaster (02) auf der von der Betätigungsfläche (05) abgewandten Seite eine von zumindest zwei Seitenwänden gebildete Vertiefung (14) aufweist, wobei sich der flexiblen Schaltungsträger
(12) mit einer U-förmigen Auswölbung (17) oder L-förmigen Fahne derart in die Vertiefung (14) erstreckt, dass das an der Auswölbung (17) oder Fahne platzierte kapazitive Sensorelement (11) unter der Betätigungsfläche (05) des Drucktasters (02) angeordnet ist.
8. Schalterelement nach Anspruch 7, dadurch g ek ennz ei chnet, dass die Seitenflächen der U-förmigen Auswölbung (17) des flexiblen Schaltungsträgers (12) an den die Vertiefung (14) des Drucktasters (02) bildenden Seitenwänden zur Anlage kommen.
9. Schalterelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g ekennz ei chn et , dass der flexible Schaltungsträger (12) der kapazitiven Sensoreinrichtung (19) zur Bildung der U-förmigen Auswölbung (17) mit Fi- xierausnehmung (16) in Fixiervorsprünge (15) eingehängt werden kann.
10. Schalterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g ekennz ei chn et , dass das Schalterelement (02) mit einem Leuchtmittel, insbesondere einer LED (10), hinterleuchtet ist, wobei der flexible Schaltungsträ- ger (12) zum Durchtritt des vom Leuchtmittel (10) erzeugten Lichts eine Ausnehmung (23) aufweist oder aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist.
11. Schalterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g ek ennz ei chn e t , dass das Basiselement des flexiblen Schaltungsträgers (12) von einer Trägerfolie gebildet wird.
12. Schalterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch g ek ennz ei chnet , dass das Sensorelement der kapazitiven Sensoreinrichtung aus einer Kupferschicht hergestellt ist.
13. Schalterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch g ekennz ei chn et , dass zur elektrischen Isolation der Leiterelemente auf dem Basiselement eine Isolationsschicht, insbesondere eine Isolatorfolie oder eine Lötstoplackierung, vorgesehen ist.
14. Schalterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch g ekennz ei chnet , dass der flexible Schaltungsträger (12) in der Art eines FPCs ausgebildet ist.
15. Schalterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch g ekennz ei chn et , dass das Schalterelement eine elektrisch leitende Kontaktfläche (04) aufweist, die elektrisch leitend am kapazitiven Sensorelement (11) zu Anlage kommt.
16. Schalterelement nach Anspruch 15, dadurch g e kennz ei chn et , dass elektrisch leitende Kontaktfläche (04) durch eine oberflächliche
Metallisierung oder eine Metallfolie gebildet ist.
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