WO2020244976A1 - Bedieneinheit für ein messgerät der prozess- oder automatisierungstechnik sowie messgerät mit einer derartigen bedieneinheit - Google Patents

Bedieneinheit für ein messgerät der prozess- oder automatisierungstechnik sowie messgerät mit einer derartigen bedieneinheit Download PDF

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WO2020244976A1
WO2020244976A1 PCT/EP2020/064623 EP2020064623W WO2020244976A1 WO 2020244976 A1 WO2020244976 A1 WO 2020244976A1 EP 2020064623 W EP2020064623 W EP 2020064623W WO 2020244976 A1 WO2020244976 A1 WO 2020244976A1
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housing
control unit
carrier material
circuit board
electrode
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PCT/EP2020/064623
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Christian Kreisel
Patrick Werner
Walter Reichart
Tobias May
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Ifm Electronic Gmbh
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Publication date
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Priority to US17/615,828 priority patent/US20220329243A1/en
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    • H05K3/4691—Rigid-flexible multilayer circuits comprising rigid and flexible layers, e.g. having in the bending regions only flexible layers

Definitions

  • the invention relates to an operating unit for a measuring device of the process or
  • sensors In automation and process technology, sensors or
  • Measuring devices are used that record the measured value - e.g. Pressure, temperature, flow, but also distance or vibration - all in one measured value
  • a higher-level control unit e.g. a PLC.
  • a typical measuring device initially consists of a sensor element, also known as a measured value recorder, which is used to record and convert a physical measured variable of a process value into a measurement signal. Furthermore, an evaluation unit is provided, which is often designed as a microcontroller and in which the measurement signals generated by the sensor element are processed, i.e. reinforced, and mostly already processed. The evaluation unit is connected on the output side both to a display unit and to a communication interface via which the processed measurement signals are sent to the already mentioned
  • Control unit can be transferred.
  • the current measured values are shown on the display unit.
  • the display unit is often used to set up and parameterize the measuring device.
  • the measuring device also has corresponding input options.
  • Measuring devices of the type in question are designed as control buttons, the actuation of which influences a micro-button.
  • control buttons the actuation of which influences a micro-button.
  • DE102014206486A1 the actuation of which influences a micro-button.
  • optically reflective triggering through a transparent housing wall, for example a Glass pane of an indicating instrument known.
  • Tripping is regularly used in the area of indicators.
  • An automation device is known from DE102005048021 B3, which can be operated locally by means of a passive infrared sensor.
  • US 2013/0126325 A1 discloses an operating unit of an electronic device using capacitive touch sensors. By depressing one
  • the operating device has uninterrupted housing areas, a multi-layer conductor composite and a measuring chamber that forms
  • the measuring device is operated by pressing one of the control panels of the control unit, in the form of changeable or elastic housing areas.
  • a capacitive sensor element is arranged under each of the housing areas.
  • the sensor elements each have a first electrode as a lower one
  • Capacitor plate and a counter electrode arranged parallel above it as the upper capacitor plate Pressing on one of the housing areas brings the respective upper capacitor plate closer to the respective lower one
  • Capacitor plate causing a change in capacitance.
  • the first electrode is applied to a first carrier material and the counter electrode is applied to a second carrier material.
  • the elastic housing areas each have a partial weakening in the area of the upper capacitor plate, which are each considered to be haptic
  • the housing areas - and thus the housing of the measuring device as a whole - are arranged next to one another without interruption and that the sensor elements are parts of a multilayer circuit board assembly which rests on the insides of the housing areas.
  • the housing areas are preferably formed from a metal, but other suitable materials such as plastics can also be used.
  • the housing of the measuring device can thus advantageously be designed as a deep-drawn part, which the
  • the circuit board assembly is, for example, cohesively connected to the inside of the housing areas, preferably by means of adhesive bonding, or alternatively by means of a clamping device to the inside of the housing areas, ie in one piece across all control panels, pressed or pressed. This creates a permanent and solid connection between the housing areas and the
  • the circuit board assembly comprises at least the first carrier material, which consists of several segments of rigid circuit boards with flexible spacers arranged in between and is preferably designed as a rigid-flex circuit board, and the second carrier material in the form of a conductive layer, which is preferably designed as a conductor film, both of which have an intermediate one
  • Plastic layer are spaced apart.
  • the plastic layer has several interruptions to form the sensor elements and one
  • a conductor film is to be understood as a polyimide substrate with structured conductor tracks, while a rigid-flex board is a composite of several segments
  • Measuring device housing offers a cost-effective solution for an operating unit of a measuring device with an uninterruptible housing. The through that
  • Compensated circuit board assembly with the circuit board assembly receiving the necessary stability through the proportion of rigid circuit board segments that function as a foundation.
  • the measuring devices in question are to be used in the hygiene sector, the provision of an operating unit on the measuring device regularly represents a particular challenge.
  • the invention now makes it possible to cost-effectively measure devices that must be operable on site with hygienic operating units equip.
  • FIG. 1 shows a measuring device for process measurement technology according to the prior art
  • FIG. 2 shows the housing head of the measuring device from FIG. 1 according to the prior art
  • Figure 3 is a side view of a housing head with an inventive
  • Control unit consisting of three control panels
  • FIG. 4 shows a plan view of the housing head from FIGS. 3 and
  • FIG. 5 a sectional view through a control panel according to the invention.
  • FIG. 6 sectional view through an operating unit according to the invention, consisting of two operating panels.
  • a measuring device 1 for process measurement technology according to the prior art is shown, in this case a pressure measuring device that is used by the
  • the measuring device 1 consists essentially of a housing 2, which is divided into an upper part 3 and a lower part 4.
  • the lower part also referred to as a process connection, includes on the one hand the sensor unit, for example a pressure measuring cell in a pressure measuring device, and on the other hand enables the mechanical connection of the measuring device 1 with the container or pipe containing the medium.
  • an interface for connecting a remote sensor unit can also be provided in the lower part 4.
  • the electronics unit which is provided for evaluating and processing the measurement signals supplied by the sensor unit, which can then be tapped via the plug connection shown and, for example, forwarded to a PLC.
  • a housing head 5 is placed on the upper part 3, which, among other things, a
  • the measuring device 1 is operated, i.e. a parameterization or setting of essential key data, such as the switching points
  • FIG. 3 a housing head 5 is shown with an operating unit 10 according to the invention, the known operating concept with three
  • the housing area 2a is uninterrupted around the operating unit 10 and is only designed as a haptically perceptible recess made in the housing area 2a.
  • the surface of the housing area 2a can have corresponding markings which enable the user to be able to assign the housing area 2a to be operated accordingly.
  • the dashed circles are intended to indicate these control panels 10a. The result is that the measuring device 1 can be operated by the
  • FIG. 5 shows a sectional view through a control panel 10a according to the invention as part of a control unit 10 consisting of several control panels 10a.
  • the control panel 10a consists of a circuit board assembly 100 which is attached to the
  • circuit board assembly 100 is by means of an adhesive layer 14
  • the printed circuit board assembly 100 consists essentially of a first
  • Carrier material 12 which is preferably designed in the form of a rigid-flex board, and a second carrier material 13 in the form of a conductive layer, which is preferably designed as a conductor film. Both carrier materials 12, 13 are spaced apart from one another by a segment-like plastic layer 15 as a spacer in such a way that a measuring chamber 17 is formed between them.
  • the rigid-flex board 12 comprises a flexible intermediate piece 12b, on the underside of which the actual conductor track 12c is arranged and on the upper side of which a printed circuit board segment 12a is arranged.
  • the conductor track 12c also extends transversely through the flexible intermediate piece 12b and the Circuit board segment 12a through and forms on the top of the
  • Circuit board segment 12a in the area of the measuring chamber 17 has a flat, first electrode 11a.
  • the opposite side of the measuring chamber 17 is formed by the conductor film 13.
  • the polyimide carrier substrate faces the housing wall 10, 10a, while a copper layer forming the conductor track faces the measuring chamber 17.
  • This flat copper layer represents a counter electrode 11b in the area of the measuring chamber 17.
  • This structure gives the printed circuit board assembly 100, on the one hand, a certain flexibility that enables it to cling to the inside of the housing and to compensate for smaller, in particular production-related unevenness, and on the other hand, due to the proportion of rigid printed circuit board segments 12a, which
  • the first electrode 11 a and the counter electrode 11 b together form a capacitive sensor element 11 in the form of a measuring capacitor.
  • Sensor element 11 is arranged below a shape-changeable or elastic housing area 2a, which is deformed or deflected by the pressure of a finger placed on it. Due to the firm contact of the printed circuit board assembly 100 on the inside of the housing, when the housing area 2a is deformed, the counter electrode 11b is deformed in parallel with it. The deformation of the counter electrode 11 b leads to an approach to the first electrode 11 a arranged parallel to it, which leads to a change in capacitance of the capacitor formed.
  • the polyimide carrier of the conductor film 13 also functions as an electrical insulator, because the housing area 2a itself or its material has no influence whatsoever on the sensor element 11. Above all, the housing area 2a itself does not represent an electrode, so that the housing can be made of any material.
  • the housing area 2a has a partial weakening 2b in the form of a trough-like depression above the sensor element 11.
  • the representation is not to scale and is only intended to clarify the basic structure.
  • the thickness of the housing 10, 10a is approximately 1 mm in the region of the recess.
  • the overall material thickness of the housing 10 can of course also be higher.
  • the conductor film 13 has a thickness in the range of approximately 90 ⁇ m, while the plastic layer 15 is approximately 50 ⁇ m thick (plus a possible adhesive layer) and the rigid-flex board 12 is approximately 1.6 mm thick overall.
  • the width of the measuring chamber 17 is approximately 13 mm.
  • Figure 6 shows a sectional view through a control unit 10 according to the invention, consisting of two control panels 10a according to FIG. 5.
  • the housing areas 2a of the two control panels 10a are arranged next to one another without interruption, so that the measuring device - at least in the area of the control unit - can be formed from a continuous housing. It can also be seen that the plastic layer 15 has several interruptions, not only for forming the measuring chamber 17, as already described for FIG. 5, but also for forming one
  • Decoupling area 16 between the two control panels 10a by means of which the two control panels 10a are mechanically separated from one another and a pressing of one control panel 10a does not transfer to the other.
  • Printed circuit board assembly 100 can thus be formed in one piece and extends over all control panels 10a.
  • the width of an operating unit 10a is preferably approximately 20 mm, while the decoupling area is approximately 5 mm wide.
  • the operating unit 10 shown in FIG. 6 thus has a total width of approximately 45 mm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit für ein Messgerät der Prozess- oder Automatisierungstechnik, bestehend aus wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Bedienfeldern (10a), wobei die Bedienung der Bedienfelder (10a) durch Drücken auf jeweils einen formveränderlichen oder elastischen Gehäuse- Bereich (2a) mit jeweils einem darunter angeordneten kapazitiven Sensorelement (11) erfolgt, wobei die Sensorelemente (11) jeweils eine erste Elektrode (11a) als eine untere Kondensatorplatte und eine parallel darüber angeordnete Gegenelektrode (11b) als obere Kondensatorplatte aufweisen und durch das Drücken auf einen der Gehäuse-Bereiche (2a) eine Annäherung der jeweiligen oberen Kondensatorplatte (11b) an die jeweilige untere Kondensatorplatte (11a) und damit eine Kapazitätsänderung erfolgt, wobei die erste Elektrode (11a) auf einem ersten Trägermaterial (12) und die Gegenelektrode (11b) auf einem zweiten Trägermaterial (13) aufgebracht ist. Erfindungsgemäß sind die Gehäuse-Bereiche (2a) unterbrechungsfrei nebeneinander angeordnet und die Sensorelemente (11) sind Teile eines mehrschichtigen Leiterplattenverbundes (100), welcher an den Innenseiten der Gehäuse-Bereiche (2a) anliegt, wobei der Leiterplattenverbund (100) zumindest das erste Trägermaterial (12), das aus mehreren Segmenten starrer Leiterplatten mit jeweils dazwischen angeordneten flexiblen Zwischenstücken besteht, und das zweite Trägermaterial (13) in Form einer leitfähigen Schicht umfasst, die beide über eine dazwischenliegende Kunststoffschicht (15) unter Ausbildung einer Messkammer (17) voneinander beabstandet sind, und wobei die Kunststoffschicht (15) mehrere Unterbrechungen zur Ausbildung der Sensorelemente (11) sowie eines Entkopplungsbereichs (16) zwischen den Bedienfelder (10a) aufweist.

Description

Bedieneinheit für ein Messgerät der Prozess- oder Automatisierungstechnik sowie Messgerät mit einer derartigen Bedieneinheit
Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit für ein Messgerät der Prozess- oder
Automatisierungstechnik sowie ein Messgerät mit einer derartigen Bedieneinheit.
In der Automatisierungs- und Prozesstechnik kommen häufig Sensoren bzw.
Messgeräte zum Einsatz, die den erfassten Messwert - z.B. Druck, Temperatur, Durchfluss, aber auch Abstand oder Vibration - in ein diesen Messwert
repräsentierendes Ausgangssignal in Form eines analogen oder digitalen Strom oder Spannungssignals umwandeln und dieses Signal an ihrem Kabel- oder
Steckeranschluss, aber teilweise auch drahtlos zur weiteren Verarbeitung einer übergeordneten Steuereinheit anbieten, bspw. einer SPS.
Ein typisches Messgerät besteht zunächst aus einem Sensorelement, auch als Messwertaufnehmer bezeichnet, das der Erfassung und Umwandlung einer physikalischen Messgröße eines Prozesswerts in ein Messsignal dient. Des Weiteren ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die häufig als Mikrocontroller ausgeführt ist und in der die vom Sensorelement generierten Messsignale aufbereitet, d.h. verstärkt, und zumeist auch schon verarbeitet werden. Die Auswerteinheit ist ausgangsseitig sowohl mit einer Anzeigeeinheit als auch mit einer Kommunikationsschnittstelle verbunden, über die die aufbereiteten Messsignale an die bereits erwähnte
Steuereinheit übertragen werden können. Auf der Anzeigeeinheit werden die aktuellen Messwerte angezeigt. Des Weiteren dient die Anzeigeeinheit häufig auch zum Einrichten und Parametrieren des Messgeräts. Hierzu verfügt das Messgerät zusätzlich noch über entsprechende Eingabemöglichkeiten. Bei typischen
Messgeräten der in Rede stehenden Art sind diese Eingabemöglichkeiten als Bedientasten ausgeführt, durch deren Betätigen ein Mikrotaster beeinflusst wird. Beispielhaft wird hierzu auf die DE102014206486A1 verwiesen.
Abgesehen von mechanischen Schaltern und Tastern sind verschiedene
Möglichkeiten bekannt, Geräte allein durch eine Berührung durch die geschlossene Gehäusewand hindurch zu bedienen. So ist z.B. eine magnetische Betätigung bekannt, bei der ein Reedkontakt im Geräteinneren durch einen außen am Gehäuse beweglich angebrachten Magneten betätigt wird. Ferner ist eine optisch
reflektierende Auslösung durch eine transparente Gehäusewand, beispielsweise eine Glasscheibe eines Anzeigeinstruments, bekannt. Die optisch reflektierende
Auslösung wird regelmäßig im Bereich von Anzeigern eingesetzt. Bspw. ist aus der DE102005048021 B3 ein Automatisierungsgerät bekannt, das mittels eines passiven Infrarotsensors lokal bedienbar ist.
Alle diese Schalter und Taster benötigen jedoch eine Unterbrechung des Gehäuses, in der z.B. eine Glasscheibe oder dergleichen eingesetzt ist, wodurch sich
Dichtigkeitsprobleme ergeben, oder einen an der Gehäuseaußenseite angebrachten und damit aufwendigen Aufbau, bspw. in Form von Magneten.
Aus der deutschen Patentschrift DE102013225076B4 ist bekannt, durch die geschlossene Gehäusewand hindurch die Erkennung eines Tastendrucks zu erfassen, und zwar nach dem kalorimetrischen Prinzip durch Berührung einer auf der Gehäusewand vorgesehenen sensitiven Fläche. Dabei wird die durch die Berührung der sensitiven Fläche hervorgerufene Temperaturänderung infolge des auftretenden Wärmetransports bestimmt.
Die US 2013/0126325 A1 offenbart eine Bedieneinheit eines elektronischen Geräts mittels kapazitiver Berührungssensoren. Durch das Niederdrücken eines
verformbaren Bereichs aus Metall ändert sich der Kapazitätswert des kapazitiven Sensors, so dass sich dadurch ein Tastendruck erkennen lässt. Allerdings lässt sich die dort gezeigte Lösung nur auf Bedieneinheit bzw. Bedienfelder mit sehr dünnen Gehäusedicken anwenden. Bei den in Rede stehenden Messgeräten, die für den Einsatz in der Automatisierungs- und Prozesstechnik vorgesehen sind, müssen deren Gehäuse entsprechend dicker und damit stabiler ausgeführt werden, um den häufig sehr rauen Industriebedingungen standzuhalten.
Aus der DE102011075942A1 ist eine Bedieneinrichtung für ein Elektrogerät bekannt. Die Bedieneinrichtung weist unterbrechungsfreie Gehäuse-Bereiche, einen mehrschichtigen Leiterverbund und eine eine Messkammer ausbildende
Kunststoffschicht mit mehreren Unterbrechungen auf.
Aus der US 5086652 A ist ein Berührungssensor zur Messung von Kräften an mehreren Positionen bekannt, bei dem die einzelnen Sensoren durch flexible Lagen von Mylar-Polyester miteinander verbunden sind. Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Möglichkeit zu schaffen, um ein
Messgerät der eingangs genannten Art durch eine robuste geschlossene
Gehäusewand hindurch bedienen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Bedieneinheit mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Messgerät der Prozess- oder
Automatisierungstechnik mit den Merkmalen des Anspruchs 8, welches eine derartige Bedieneinheit umfasst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Bedienung des Messgeräts erfolgt durch Drücken auf eines der Bedienfelder der Bedieneinheit, in Form formveränderlicher oder elastischer Gehäuse-Bereiche. Unter den Gehäusebereichen ist jeweils ein kapazitives Sensorelement angeordnet. Die Sensorelemente weisen dabei jeweils eine erste Elektrode als eine untere
Kondensatorplatte und eine parallel darüber angeordnete Gegenelektrode als obere Kondensatorplatte auf. Durch Drücken auf einen der Gehäuse-Bereiche erfolgt eine Annäherung der jeweiligen oberen Kondensatorplatte an die jeweilige untere
Kondensatorplatte, wodurch eine Kapazitätsänderung ausgelöst wird.
Die erste Elektrode ist auf einem ersten Trägermaterial und die Gegenelektrode auf einem zweiten Trägermaterial aufgebracht. Die elastischen Gehäuse-Bereiche weisen gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung jeweils eine partielle Schwächung im Bereich der oberen Kondensatorplatte auf, welche jeweils als haptisch
wahrnehmbare Vertiefung der äußeren Gehäusewandung ausgebildet sind.
Erfindungswesentlich ist, dass die Gehäuse-Bereiche - und damit das Gehäuse des Messgeräts insgesamt - unterbrechungsfrei nebeneinander angeordnet sind und dass die Sensorelemente Teile eines mehrschichtigen Leiterplattenverbundes sind, welcher an den Innenseiten der Gehäuse-Bereiche anliegt. Bevorzugt sind die Gehäuse-Bereiche aus einem Metall geformt, wobei aber auch andere geeignete Materialien wie Kunststoffe infrage kommen können. Das Gehäuse des Messgeräts kann somit in vorteilhafter Weise als Tiefziehteil ausgeführt sein, was die
Herstellkosten deutlich verringert, und der Leiterplattenverbund wird gemäß vorteilhafter Weiterbildungen bspw. stoffschlüssig mit den Innenseiten der Gehäuse- Bereiche verbunden, vorzugsweise mittels einer Klebung, oder alternativ dazu mittels einer Klemmvorrichtung an die Innenseiten der Gehäuse-Bereiche, d.h. einstückig über alle Bedienfelder hinweg, angedrückt bzw. gepresst. Damit ist eine dauerhafte und feste Verbindung zwischen den Gehäuse-Bereichen und dem
Leiterplattenverbund gewährleistet.
Der Leiterplattenverbund umfasst zumindest das erste Trägermaterial, das aus mehreren Segmenten starrer Leiterplatten mit jeweils dazwischen angeordneten flexiblen Zwischenstücken besteht und bevorzugt als Starrflex-Platine ausgebildet ist, und das zweite Trägermaterial in Form einer leitfähigen Schicht, welche bevorzugt als Leiterfilm ausgebildet ist, die beide über eine dazwischenliegende
Kunststoffschicht voneinander beabstandet sind. Die Kunststoffschicht weist dabei mehrere Unterbrechungen zur Ausbildung der Sensorelemente sowie eines
Entkopplungsbereichs zwischen den Bedieneinheiten auf. Unter einem Leiterfilm ist vorliegend ein Polyimid-Substrat mit strukturierten Leiterbahnen zu verstehen, während eine Starrflex-Platine ein Verbund von mehreren Segmenten aus
herkömmlichen, starren Leiterplatten ist, die jeweils durch ein filmartiges und damit flexibles Zwischenstück miteinander verbunden sind.
Sowohl die Herstellung des beschriebenen Leiterplattenverbunds als auch dessen Einbau im Messgerät ist vergleichsweise einfach, so dass die Erfindung
insbesondere in Kombination mit einem im Tiefziehverfahren hergestellten
Messgerätegehäuse eine kostengünstige Lösung für eine Bedieneinheit eines Messgeräts mit unterbrechungsfreiem Gehäuse bietet. Der durch das
Tiefziehverfahren häufig eintretende Verzug wird durch den flexiblen
Leiterplattenverbund ausgeglichen, wobei der Leiterplattenverbund durch den Anteil starrer Leiterplattensegmente, die gewissermaßen als Fundament fungieren, die notwendige Stabilität erhält. Vor allem wenn die in Rede stehenden Messgeräte im Hygiene-Bereich eingesetzt werden sollen, stellt das Vorsehen einer Bedieneinheit am Messgerät regelmäßig eine besondere Herausforderung dar. Durch die Erfindung ist es nun möglich, Messgeräte, die vor Ort bedienbar sein müssen, kostengünstig mit hygienetauglichen Bedieneinheiten auszustatten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
Figur 1 ein Messgerät für die Prozessmesstechnik gemäß dem Stand der Technik, Figur 2 den Gehäusekopf des Messgeräts aus Fig. 1 nach dem Stand der Technik,
Figur 3 eine Seitenansicht eines Gehäusekopfs mit einer erfindungsgemäßen
Bedieneinheit, bestehend aus drei Bedienfeldern,
Figur 4 eine Draufsicht auf den Gehäusekopf aus Fig. 3 und
Figur 5 Schnittbild durch ein erfindungsgemäßes Bedienfeld und
Figur 6 Schnittbild durch eine erfindungsgemäße Bedieneinheit, bestehend aus zwei Bedienfeldern.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Messgerät 1 für die Prozessmesstechnik gemäß dem Stand der Technik abgebildet, vorliegend ein Druckmessgerät, das von der
Anmelderin unter der Bezeichnung PNxxxx vertrieben wird. Das Messgerät 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 2, das sich unterteilt in ein Oberteil 3 und ein Unterteil 4. Das Unterteil, auch als Prozessanschluss bezeichnet, umfasst zum einen die Sensoreinheit, bspw. eine Druckmesszelle bei einem Druckmessgerät, und ermöglicht zum anderen die mechanische Verbindung des Messgeräts 1 mit dem das Medium enthaltenen Behälter oder Rohr. Alternativ kann im Unterteil 4 auch eine Schnittstelle zum Anschluss einer entfernt angeordneten Sensoreinheit vorgesehen sein. Im Oberteil 3 befindet sich die Elektronikeinheit, die zur Auswertung und Aufbereitung der von der Sensoreinheit gelieferten Messsignale vorgesehen ist, welche dann über den dargestellten Steckeranschluss abgegriffen und bspw. an eine SPS weitergeleitet werden kann.
Auf dem Oberteil 3 aufgesetzt ist ein Gehäusekopf 5, der u.a. eine
Anzeigevorrichtung 6 und drei erfindungsgemäße Bedienelemente 10 aufweist. Aus der Figur 2, die den separierten Gehäusekopf 5 zeigt, wird die Anordnung der Anzeige 6 und der drei Bedienelemente 10 nochmals deutlich. Über die
Bedienelemente 10 wird das Messgerät 1 bedient, d.h. eine Parametrierung oder eine Einstellung von wesentlichen Eckdaten, wie bspw. den Schaltpunkten
vorgenommen. Die jeweiligen Aktionen werden dem Benutzer über die Anzeige 6 angezeigt. In den Figuren 3 und 4 ist jeweils ein Gehäusekopf 5 mit einer erfindungsgemäßen Bedieneinheit 10 abgebildet, wobei das bekannte Bedienkonzept mit drei
tastenartigen Eingabemöglichkeiten 10a übernommen wurde. Im Unterschied zu dem bekannten Messgerät aus den Figuren 1 und 2 sind hier jedoch keine separaten Tasten vorhanden, sondern der Gehäuse-Bereich 2a ist um die Bedieneinheit 10 herum unterbrechungsfrei und lediglich als in den Gehäuse-Bereich 2a eingebrachte, haptisch wahrnehmbare Vertiefung ausgeführt. Die Oberfläche des Gehäuse- Bereichs 2a kann entsprechende Markierungen aufweisen, die es dem Anwender ermöglicht, den entsprechend zu betätigenden Gehäuse-Bereich 2a zuordnen zu können. Durch die gestrichelten Kreise sollen diese Bedienfelder 10a angedeutet werden. Im Ergebnis ist damit eine Bedienung des Messgeräts 1 durch die
geschlossene Gehäusewand hindurch möglich.
Figur 5 zeigt ein Schnittbild durch ein erfindungsgemäßes Bedienfeld 10a als Teil einer aus mehreren Bedienfeldern 10a bestehenden Bedieneinheit 10. Grundsätzlich besteht das Bedienfeld 10a aus einem Leiterplattenverbund 100, der an der
Innenseite eines Gehäuse-Bereichs 2a von einem Messgerätegehäuse 2 anliegt. Vorliegend ist der Leiterplattenverbund 100 mittels einer Klebeschicht 14
stoffschlüssig mit der Innenseite des Gehäuse-Bereichs 2a verbunden. Es sind jedoch auch andere Befestigungs- bzw. Verbindungsmöglichkeiten denkbar, insbesondere ein Andrücken des Leiterplattenverbundes 100 an die Innenseite des Gehäuse-Bereichs 2a mittels einer Klemmvorrichtung, bspw. in Form von
Federelementen.
Der Leiterplattenverbund 100 besteht im Wesentlichen aus einem ersten
Trägermaterial 12, welches bevorzugt in Form einer Starrflex-Platine ausgebildet ist, und einem zweiten Trägermaterial 13 in Form einer leitfähigen Schicht, welche bevorzugt als Leiterfilm ausgebildet ist. Beide Trägermaterialien 12, 13 sind durch eine segmentartige Kunststoffschicht 15 als Abstandshalter derart voneinander beabstandet, dass sich zwischen ihnen eine Messkammer 17 ausbildet.
Die Starrflex-Platine 12 umfasst im Bereich eines Bedienfeldes 10a ein flexibles Zwischenstück 12b, auf deren Unterseite die eigentliche Leiterbahn 12c und auf deren Oberseite ein Leiterplattensegment 12a angeordnet ist. Die Leiterbahn 12c erstreckt sich dabei auch quer durch das flexible Zwischenstück 12b und das Leiterplattensegment 12a hindurch und bildet an der Oberseite des
Leiterplattensegments 12a im Bereich der Messkammer 17 eine flächige, erste Elektrode 11 a aus.
Die entgegengesetzte Seite der Messkammer 17 wird durch den Leiterfilm 13 gebildet. Das Polyimid-Trägersubstrat ist dabei der Gehäusewandung 10, 10a zugewandt, während eine die Leiterbahn bildende Kupferschicht der Messkammer 17 zugewandt ist. Diese flächig ausgebildete Kupferschicht stellt im Bereich der Messkammer 17 eine Gegenelektrode 11 b dar.
Durch diesen Aufbau erhält der Leiterplattenverbund 100 einerseits eine gewisse Flexibilität, die es ihm ermöglicht, sich an die Gehäuseinnenseite anzuschmiegen und kleinere, insbesondere fertigungsbedingte Unebenheiten auszugleichen, und andererseits aber durch den Anteil starrer Leiterplattensegmente 12a, die
gewissermaßen als eine Art Fundament fungieren, auch die notwendige Stabilität.
Die erste Elektrode 11 a und die Gegenelektrode 11 b bilden zusammen ein kapazitives Sensorelement 11 in Form eines Messkondensators. Dieses
Sensorelement 11 ist unterhalb eines formveränderlichen oder elastischen Gehäuse- Bereichs 2a angeordnet, welches sich durch den Druck eines aufgelegten Fingers verformt bzw. durchbiegt. Durch das feste Anliegen des Leiterplattenverbundes 100 an der Gehäuseinnenseite wird bei einer Verformung des Gehäuse-Bereichs 2a parallel die Gegenelektrode 11 b mit verformt. Die Verformung der Gegenelektrode 11 b führt zu einer Annäherung an die parallel zu ihr angeordneten ersten Elektrode 11 a, was zu einer Kapazitätsänderung des gebildeten Kondensators führt.
Der Polyimid-Träger des Leiterfilms 13 fungiert zusätzlich noch als elektrischer Isolator, denn der Gehäuse-Bereich 2a selbst bzw. dessen Material hat keinerlei Einfluss auf das Sensorelement 11. Vor allem stellt der Gehäuse-Bereich 2a selbst keine Elektrode dar, so dass das Gehäuse aus einem beliebigen Material bestehen kann.
Zur besseren haptischen Wahrnehmung und zur Erzeugung einer Sollknickstelle weist der Gehäuse-Bereich 2a oberhalb des Sensorelements 11 eine partielle Schwächung 2b in Form einer muldenartigen Vertiefung auf. Die Darstellung ist nicht maßstabsgerecht und soll lediglich den grundsätzlichen Aufbau verdeutlichen. Die Dicke des Gehäuses 10, 10a liegt im Bereich der Vertiefung bei etwa 1 mm. Die insgesamte Materialstärke des Gehäuses 10 kann selbstverständlich auch höher liegen. Der Leiterfilm 13 weist eine Stärke im Bereich von etwa 90 gm auf, während die Kunststoffschicht 15 etwa 50 gm dick ist (zzgl. einer eventuellen Klebeschicht) und die Starrflex-Platine 12 insgesamt etwa 1 ,6 mm dick ist. Für die Messkammer 17 ergibt sich eine Breite von ca. 13 mm.
Figur 6 zeigt ein Schnittbild durch eine erfindungsgemäße Bedieneinheit 10, bestehend aus zwei Bedienfeldern 10a gemäß Fig. 5. Zur Vermeidung von
Wiederholungen wird an dieser Stelle nur noch auf die zusätzlichen Elemente eingegangen.
Zu erkennen ist, dass die Gehäuse-Bereiche 2a der beiden Bedienfelder 10a unterbrechungsfrei nebeneinander angeordnet sind, so dass das Messgerät - zumindest im Bereich der Bedieneinheit - aus einem durchgehenden Gehäuse gebildet werden kann. Zu erkennen ist des Weiteren, dass die Kunststoffschicht 15 mehrere Unterbrechungen aufweist, nicht nur zur Ausbildung der Messkammer 17, wie bereits zu Fig. 5 beschrieben, sondern auch zur Ausbildung eines
Entkopplungsbereichs 16 zwischen den beiden Bedienfelder 10a, durch den die beiden Bedienfelder 10a mechanisch voneinander getrennt sind und sich ein Drücken eines Bedienfeldes 10a nicht auf das andere überträgt. Der
Leiterplattenverbund 100 kann somit einstückig ausgebildet werden und erstreckt sich über alle Bedienfelder 10a hinweg.
Die Breite einer Bedieneinheit 10a liegt bevorzugt bei etwa 20 mm, während der Entkopplungsbereich etwa 5 mm breit ist. Die in Fig. 6 dargestellte Bedieneinheit 10 hat somit eine Gesamtbreite von etwa 45 mm. Bezugszeichenliste
1 Messgerät
2 Gehäuse des Messgeräts
2a Gehäuse-Bereich
2b partielle Schwächung des Gehäuse-Bereichs
3 Oberteil
4 Unterteil
5 Gehäusekopf
6 Anzeige
10 Bedieneinheit
10a Bedientaste / Bedienfeld
11 kapazitives Sensorelement
11 a erste Elektrode
11 b Gegenelektrode
12 erstes Trägermaterial, Starrflex-Platine 12a Leiterplattensegment
12b flexibles Zwischenstück
12c Leiterbahn
13 zweites Trägermaterial, flexibler Leiterfilm
14 Klebeschicht
15 Abstandshalter, Kunststoffschicht
16 Entkopplungsbereich
17 Messkammer
100 Leiterplattenverbund

Claims

Patentansprüche
1. Bedieneinheit für ein Messgerät der Prozess- oder Automatisierungstechnik, bestehend aus wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Bedienfeldern (10a), wobei die Bedienung der Bedienfelder (10a) durch Drücken auf jeweils einen form veränderlichen oder elastischen Gehäuse-Bereich (2a) mit jeweils einem darunter angeordneten kapazitiven Sensorelement (11 ) erfolgt, wobei die Sensorelemente (11 ) jeweils eine erste Elektrode (11 a) als eine untere Kondensatorplatte und eine parallel darüber angeordnete
Gegenelektrode (11 b) als obere Kondensatorplatte aufweisen und durch das Drücken auf einen der Gehäuse-Bereiche (2a) eine Annäherung der jeweiligen oberen Kondensatorplatte (11 b) an die jeweilige untere
Kondensatorplatte (11 a) und damit eine Kapazitätsänderung erfolgt, wobei die erste Elektrode (11a) auf einem ersten Trägermaterial (12) und die Gegenelektrode (11 b) auf einem zweiten Trägermaterial (13) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse-Bereiche (2a) unterbrechungsfrei nebeneinander
angeordnet sind und dass die Sensorelemente (11 ) Teile eines
mehrschichtigen Leiterplattenverbundes (100) sind, welcher an den
Innenseiten der Gehäuse-Bereiche (2a) anliegt, wobei der Leiterplattenverbund (100) zumindest das erste Trägermaterial (12), das aus mehreren Segmenten starrer Leiterplatten mit jeweils dazwischen angeordneten flexiblen Zwischenstücken besteht, und das zweite
Trägermaterial (13) in Form einer leitfähigen Schicht umfasst, die beide über eine dazwischenliegende Kunststoffschicht (15) unter Ausbildung einer Messkammer (17) voneinander beabstandet sind, und wobei die Kunststoffschicht (15) mehrere Unterbrechungen zur
Ausbildung der Sensorelemente (11 ) sowie eines Entkopplungsbereichs (16) zwischen den Bedienfelder (10a) aufweist.
2. Bedieneinheit nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Gehäuse-Bereiche (2a) jeweils eine partielle Schwächung (2b) im Bereich der oberen Kondensatorplatte (11 b) aufweisen, die jeweils als haptisch wahrnehmbare Vertiefung der äußeren Gehäusewandung ausgebildet sind.
3. Bedieneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenverbund (100) stoffschlüssig mit den Innenseiten der Gehäuse-Bereiche (2a) verbunden ist.
4. Bedieneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenverbund mittels einer
Klemmvorrichtung an die Innenseiten der Gehäuse-Bereiche (2a) gedrückt wird.
5. Bedieneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht des zweiten
Trägermaterials (13) als Leiterfilm ausgebildet ist.
6. Bedieneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägermaterial (12) in Form einer Starrflex-Platine ausgebildet ist.
7. Bedieneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse-Bereiche (2a) aus einem Metall geformt sind.
8. Messgerät der Prozess- oder Automatisierungstechnik mit einem mehrteiligen Gehäuse (2), wobei im Gehäuseunterteil (4) eine Sensoreinheit oder eine Schnittstelle zum Anschluss einer Sensoreinheit angeordnet ist und das Gehäuseoberteil (3) zur Aufnahme einer Elektronikeinheit für die Auswertung der von der Sensoreinheit gelieferten Messsignale vorgesehen ist, und einem auf dem Oberteil (3) des Gehäuses (2) aufgesetzten Gehäusekopf (5), der eine Anzeigevorrichtung (6) und eine Bedieneinheit (10) zur Bedienung des Messgeräts (1 ) aufweist,
wobei die Bedieneinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt ist.
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