-
Die
Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung für ein Elektrogerät gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Es
ist beispielsweise aus der EP-A 859 467 bekannt, einen kapazitiven
Berührungsschalter
mit einem Sensorelement aus porösem,
elektrisch leitfähigem
Kunststoff zu schaffen. Dieses Sensorelement liegt an der Unterseite
einer Glaskeramikfläche
an. Wird ein Finger oberhalb des Sensorelements auf die Glaskeramikfläche gelegt,
so ändert
sich die Kapazität
des Sensorelements, was als Bedienung ausgewertet werden kann.
-
Des
weiteren sind sogenannte Folientastaturen bekannt. Diese arbeiten
nach dem Prinzip eines elektrischen Kontakts, wobei ein Kontakt
auf einer Grundplatte und ein anderer Kontakt an der Innenseite
einer darüber
leicht gewölbten
Folie angebracht sein kann. Durch leichten Druck auf die Folie werden die
beiden Kontakte gegeneinander bewegt und so der Schalter geschlossen.
Hierbei besteht jedoch das Problem, dass derar tige elektrische Kontakte
vielfach Korrosion unterliegen. So besteht im Dauerbetrieb die Gefahr,
dass die Kontakte schlechter werden und irgendwann eine Bedieneinrichtung
nicht mehr funktioniert.
-
Aufgabe und
Lösung
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Bedieneinrichtung
zu schaffen, mit der die Nachteile des Standes der Technik vermieden
werden können
und insbesondere eine Bedieneinrichtung bzw. ein Schalter geschaffen
werden kann, deren Auswertung möglichst
störungsunanfällig ist
sowie deren Funktion und Sicherheit über sehr lange Zeit hinweg
gewährleistet
ist.
-
Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Bedieneinrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden
näher erläutert. Der
Wortlaut der Ansprüche
wird durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Bedienung dadurch erfolgt, dass auf einen formveränderlichen
oder elastischen Bedien-Bereich gedrückt wird. Dieser Bedien-Bereich
weist ein Sensorelement auf bzw. ihm ist ein Sensorelement zugeordnet,
wobei auf das Sensorelement gedrückt
wird zur Bedienung. Dieses Drücken
wird als Bedienung ausgewertet. Dabei besteht das Sensorelement
aus einem Kunststoff-Material,
welches porös
oder schaumartig ist und bei Volumenänderungen ein elektrisches
Signal abgibt. Durch das Drücken ändert sich nämlich das
Volumen des Sensorelements, so dass das Drücken mehr oder weniger direkt
in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann. Auf diese Art
und Weise können
elektrische Kontakte, welche wie bei einem Schalter bei der Bedienung
geschlossen werden, vermieden werden. Des weiteren wird ein anderes
Funktionsprinzip angewendet als bei Sensorelementen, welche durch
Druck und daraus sich ergebende Volumenänderung elektrische Eigenschaften ändern, wie
beispielsweise ihren elektrischen Widerstand. Derartige Sensorelemente
sind als rein passive Sensorelemente anzusehen, wobei ein erfindungsgemäßes Sensorelement
eine Art elektromechanischer Wandler ist. Dabei ist jedoch zu beachten,
dass lediglich die Umwandlung von Druck in ein elektrisches Signal
verwendet wird.
-
Vorteilhaft
ist das Kunststoff-Material ein zelluläres Polymer, wobei es auch
ein Polymerschaum sein kann. Als geschäumtes Material enthält es ebenfalls
Poren bzw. ist ähnlich
wie porös.
Insbesondere kann in einem solchen Polymer PTFE enthalten sein bzw.
es kann vollständig
daraus bestehen. Ist ein solches Kunststoff-Material elektrisch
aufgeladen, so bilden sich in den Porenwänden Pluspole und Minuspole,
welche gegenüberliegen.
Durch das Drücken nähern sich
die Porenwände
und somit die Plus- und Minuspole an, woraufhin ein elektrisches
Signal abgegeben wird. Dieses elektrische Signal kann mit einer
entsprechenden Auswertung, beispielsweise auch mit einer Signalverstärkung, verarbeitet
und als Bedienung erkannt und an eine Steuerung oder dergleichen
weitergegeben werden.
-
Das
Kunststoff-Material kann in flacher Form bzw. als Flachmaterial
gefertigt sein. Dazu kann es verstreckt sein, vorzugsweise biaxial
verstreckt.
-
Des
weiteren ist es möglich,
ein Sensorelement in etwa blockartig auszubilden. Es kann dabei
in Richtung seiner größten Ausdehnung
mehrere Male so groß sein
wie in Richtung seiner kleinsten Ausdehnung. So kann eine gewisse
Quaderform mit Maßen im
Bereich von einigen cm erhalten werden.
-
Alternativ
zu einem blockartigen Sensorelement kann es als dünnes Flachmaterial
ausgebildet sein. Die Dicke kann dabei weniger als ein Millimeter betragen,
vorzugsweise sogar noch weniger als 100 μm. Breiten bzw. Längen können im
Bereich einiger mm oder cm liegen.
-
Eine
Kontaktierung eines solchen Sensorelements erfolgt vorteilhaft über eine
oder mehrere Kontaktflächen,
welche elektrisch gut leitfähig
sein sollten und beispielsweise Metall in Form einer dünnen Schicht
oder Folie sein können.
Diese Kontaktflächen
liegen vorteilhaft lediglich an dem Sensorelement an, ohne darin
einzudringen. So können
auch dünne
Sensorelemente realisiert und kontaktiert werden. Es können vorteilhaft
zwei beabstandete Flächen
als Kontaktstellen vorgesehen sein, die insbesondere an gegenüberliegenden
Stellen oder Seiten des Sensorelements angeordnet sind. Dabei sind
die Kontaktstellen vorteilhaft mit einer Ladeeinrichtung für das Sensorelement
verbunden. So kann in bestimmten Zeitabständen oder nach einer bestimmten Anzahl
von Bedienungen das Sensorelement wieder aufgeladen werden.
-
Des
weiteren weist das Kunststoff-Material mit Vorteil piezoelektrische
Eigenschaften auf. Ein piezoelektrischer Koeffizient liegt vorteilhaft
im Bereich von 100 bis 1000 pC/N. Diese Eigenschaften können in
gewisser Weise reversibel sein oder Hystereseschleifen aufweisen,
welche denjenigen von ferroelektrischen Materialien ähneln. Der
Vorteil solcher Kunststoff-Materialien gegenüber Piezokeramiken liegt unter
anderem vor allem darin, dass sie elastischer sind und somit einfacher
und für
andere Zwecke eingesetzt werden können.
-
Für den Aufbau
einer Bedieneinrichtung gibt es mehrere Möglichkeiten. Einerseits kann
ein Sensorelement frei zugänglich
liegen. So bildet es selber den Bedien-Bereich oder eine Fläche davon.
Eine Bedienung kann also durch Druck auf das Sensorelement direkt
erfolgen, beispielsweise mit einem Finger.
-
Alternativ
ist es möglich,
ein Sensorelement unter einer Abdeckung anzuordnen, welche bewegbar
ist. Durch diese Bewegbarkeit wird die Bedienung in Form eines Aufdrückens an
das Sensorelement weitergegeben, wodurch wiederum dieses zusammengedrückt wird.
Eine solche Abdeckung schützt ein
Sensorelement vor Beschädigung
oder Abnutzung.
-
Für die Ausbildung
einer Abdeckung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Einerseits kann
sie elastisch bewegbar sein, also in sich. Dazu kann sie als Bereich
einer Bedienblende ausgebildet sein, der dünner ist als seine Umgebung
und somit örtlich
begrenzt niedergedrückt
werden kann. Alternativ ist es möglich,
die Abdeckung oder den Bedien-Bereich gelenkig bewegbar auszubilden.
Dies ist beispielsweise auch bei Anwendungen mit größerem zu
erwartenden Druck vorteilhaft. Ein Gelenk kann auch als Foliengelenk
ausgebildet sein.
-
Des
weiteren ist es bei einer Bedieneinrichtung möglich, ein Sensorelement mit
einer Ausnehmung oder einem Durchbruch zu versehen. Darin können Leuchtmittel
angeordnet sein oder hindurchragen oder hindurchstrahlen, beispielsweise
LED, und eine Stelle für
die Bedienung bzw. den Bedien-Bereich markieren. Hier ist es von
Vorteil, wenn zwar oberhalb des Sensorelements eine Abdeckung vorgesehen
ist, diese jedoch lichtdurchlässig
oder transparent ist. Eine solche Beleuchtung des Bedien-Bereichs
kann in einer reinen Markierung zum besseren Treffen auch Informationen
an einen Bediener übertragen,
beispielsweise über
mögliche
oder erfolgte Bedienungen.
-
In
weiterer Ausgestaltung ist es möglich, dass
eine Bedieneinrichtung mehrere Bedien-Bereiche aufweist, die für unterschiedliche
Bedienungen oder vorteilhaft unterschiedliche Funktionen vorgesehen
sind. So können
beispielsweise vorgenannte Sensorelemente oder Berührschal ter
ersetzt werden. Bei einer Ausbildung der Erfindung ist es möglich, für einzelne
Bedien-Bereiche separate Sensorelemente mit jeweils einem separaten
Kunststoff-Körper
vorzusehen. Die Sensorelemente sind dabei nicht verbunden bzw. voneinander
getrennt. So beeinflussen sie sich gegenseitig nicht.
-
Bei
einer anderen Ausführung
der Erfindung ist es möglich,
für mehrere
Bedien-Bereiche mit unterschiedlichen Funktionen zwar eine gemeinsame Material-Lage
aus dem Kunststoff-Material vorzusehen. Diese kann als eine Art
gemeinsames Sensorelement angesehen werden, welches jedoch in mehrere
Sensorelement-Bereiche unterteilt ist. Jeweils ein Sensorelement-Bereich
ist einem Bedien-Bereich zugeordnet und bildet dabei eine Art separates
Sensorelement. Somit kann für
mehrere Bedien-Bereiche eine einteilige Sensorelement-Matte oder
dergleichen vorgesehen sein, welche bei der Herstellung und der
Montage leichter zu handhaben ist.
-
Sind
mehrere Sensorelement-Bereiche an einem einzigen Teil vorgesehen,
so ist es vorteilhaft, sie durch Ausnehmungen und Einschnitte bzw.
Materialverdünnungen
voneinander zu trennen. Diese Materialverdünnungen sind besonders vorteilhaft
auf der dem Bedien-Bereich zugewandten Seite vorgesehen. So überträgt sich
Druck, welcher auf einen Sensorelement-Bereich ausgeübt wird,
nicht auf benachbarte Bereiche.
-
Aus
optischen Gründen
kann ein Bedien-Bereich dekoriert sein bzw. ein Dekor oder eine
Bedruckung aufweisen. Ebenso ist eine sogenannte taktile Struktur
möglich,
welche ein spezielles Empfinden beim Berühren ergibt. Es ist möglich, bei
einer Bedieneinrichtung mit mehreren Bedien-Bereichen diese an ihrer Oberseite jeweils
unterschiedlich auszubilden, so dass sie gut voneinander unterschieden
werden können.
Es ist sogar möglich,
die Oberseite eines Sensorelements selber zu bedrucken oder mit
einer bestimmten Struktur zu versehen, auch wenn keine Abdeckung
darüber
vorgesehen ist.
-
Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne
Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden im folgenden näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 verschiedene
Seitenschnitte durch Bedieneinrichtungen, bis 6 wobei das Sensorelement teils über und
teils unter einer Abdeckung liegt und teilweise hindurchragt.
-
Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In 1 ist
im Seitenschnitt eine erste Version einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung 11 dargestellt.
Sie weist einen Bedien-Bereich 13 auf, der von einem dünnen Sensorelement 15 auf
einer Abdeckung 17 gebildet wird. Während das dünne Sensorelement eine Dicke
von beispielsweise 1 mm aufweist und wegen der Materialeigenschaften
des porösen
bzw. schaumartigen Materials elastisch ist, kann die darunterliegende
Abdeckung 17 mehrere Millimeter stark sein und vor allem
im wesentlichen starr bzw. nicht nachgiebig sein. Beispielsweise
kann sie eine sogenannte Bedienblende eines elektrischen Haushaltsgeräts sein,
beispielsweise eines Kochfelds, eines Backofens, eines Geschirrspülers oder
eines Wäschetrockners.
-
Unter
dem Sensorelement 15 befindet sich auf der Abdeckung 17 links
ein Anschlusskontakt 19 und rechts ein Anschlusskontakt 20,
jeweils in Form eines flächigen
Kontaktfeldes mit angeschlossenem Leiter. Dieser Leiter kann an
eine nicht dargestellte Steuerung geführt sein, welche eine eventuelle
Betätigung
des Sensorelements 15 registriert. Dies wird weiter unten
stehend beschrieben. Ebenfalls kann so das Sensorelement wieder
aufgeladen werden, wie es oben beschrieben worden ist.
-
Die 2 zeigt
als Abwandlung von 1 eine Bedieneinrichtung 111,
bei welcher wiederum auf einer Abdeckung 117 ein Sensorelement 115 angeordnet
ist und so einen Bedien-Bereich 113 bildet. Der einzige
elektrische Anschlusskontakt 119 ist durch einen Durchbruch 121 durch
die Abdeckung 117 hindurchgeführt und läuft beispielsweise zu einer entsprechenden
Steuerung. Hier verläuft
also der elektrische Anschluss durch die Abdeckung hindurch. Die
Fläche
des Anschlusskontakts 119 ist etwa so groß wie das
gesamte Sensorelement 115, was jedoch nur eine Möglichkeit
ist.
-
In 3 ist
eine Bedieneinrichtung 211 dargestellt, welche eine Abdeckung 217 und
einen Bedien-Bereich 213 aufweist. Der Bedien-Bereich 213 ist an
der Oberseite eines dünner
ausgeführten
Bereichs 217a der Abdeckung vorgesehen. Unter diesem dünneren Bereich 217a,
der durch eine darunter liegende Ausnehmung 221 gebildet
ist, befindet sich ein Sensorelement 215, welches ähnlich den
vorhergehenden Figuren sehr dünn
ausgeführt
ist, beispielsweise wenige 100 μm.
Das Sensorelement 215 liegt an der Unterseite des dünnen Bereichs 217a an und
gleichzeitig auf einer Grundplatte 218 auf. Während der
dünnere
Bereich 217a durch leichten Fingerdruck nach unten gedrückt werden
kann und so einen Druck auf das Sensorelement 215 ausübt, ist die
Grundplatte 218 starr, ortsfest und unbeweglich angeordnet.
Die Kontaktierung erfolgt über
die beiden Kontakte 219 und 220. Diese sind ähnlich wie
die vorbeschriebenen ausgebildet.
-
Die
Grundplatte 218 weist einen Durchbruch 222 auf.
In dessen Verlängerung
nach oben ist ein Durchbruch 223 in dem Sensorelement 215 vorgesehen.
Ein weiterer solcher Durchbruch kann in der Abdeckung 217 bzw.
in dem dünnen
Bereich 217a vorgesehen sein. Alternativ kann der dünne Bereich 217a lichtdurchlässig ausgebildet
sein, so dass Licht von der unter der Grundplatte 218 angeordneten
und durch die Durchbrüche
hindurchstrahlenden LED 225 hindurchtreten kann. So kann
einer Bedienperson angezeigt werden, wo der Bedien-Bereich 213 liegt.
Des weiteren können
dadurch Informationen angezeigt werden, beispielsweise in Symbolform oder
durch spezielle, beispielsweise blinkende Art der Anzeige.
-
Anstelle
von LED 225 können
auch Glimmlampen vorgesehen sein, ebenso bei größeren Durchbrüchen auch
Sieben-Segment-Anzeigen. Hier ist es auch denkbar, Grundplatte 218 und
Abdeckung 217 bzw. dünner
Bereich 217a lichtdurchlässiger auszubilden und das
Sensorelement 215 nur im Bereich der Segmente der Sieben-Segment-Anzeige auszuschneiden.
-
In 4 ist
eine Abwandlung der 3 dargestellt. Eine Bedieneinrichtung 311 weist
wiederum eine Abdeckung 317 auf, wobei eine Ausnehmung 321 vorgesehen
ist. Diese wird nach oben abgedeckt von einem dünnen Bereich 317a.
Dieser ist beispielsweise rechteckig und an einer Seite, in 4 nach links
weisend, über
eine Art Folienscharnier 317b mit der restlichen Abdeckung 317 verbunden.
Das Folienscharnier 317b kann auch als Bereich ausgeführt sein,
der für
eine höhere
Beweglich keit des dünneren Bereichs 317a sogar
noch dünner
als dieser ausgeführt
sein kann. Funktional wesentlich ist, dass im Bereich des Folienscharniers 317b oder
eines alternativen Mittels eine Bewegbarkeit des dünnen Bereichs 317a gewährleistet
wird. Dieser bildet den Bedien-Bereich 313 und
gibt einen Bediendruck durch einen Finger 330 eines Bedieners
an das Sensorelement 315 weiter. Dieses wiederum wird gegen
eine Grundplatte 318 gedrückt und gibt somit das der
Volumenänderung
entsprechende elektrische Signal über einen rechten Anschlusskontakt 320 ab,
der unter dem Sensorelement 315 angeordnet ist. Bei einer solchen
Anordnung empfiehlt es sich für
eine bessere Beweglichkeit, die Umrisse des dünnen Bereichs 317a bis
auf das Folienscharnier 317b freizuschneiden bzw. mit einem
leichten Spalt zu versehen. Der linke Anschlusskontakt 319 liegt
an der Oberseite des Sensorelements 315 an. So befindet
sich das Sensorelement zwischen den beiden Anschlusskontakten 319, 320,
wobei es wieder aufgeladen werden kann, um dann diese Ladung durch
Drücken
als Bedienung abzugeben.
-
In 5 ist
eine weitere Bedieneinrichtung 411 dargestellt, bei welcher
ein Sensorelement 415 durch eine Abdeckung 417 von
unten hindurchreicht. Dazu ist in der Abdeckung 417 ein
Durchbruch 421 vorgesehen. Durch diesen ragt das Sensorelement 415,
welches auf einer starren und unbeweglichen Grundplatte 418 angeordnet
ist und mit den Anschlusskontakten 419 und 420 elektrisch
kontaktierbar ausgebildet ist. Der Durchbruch 421 kann
entweder etwas größer sein
als das Sensorelement 415 und Grundplatte 418,
so dass ein dünner
Spalt vorhanden ist. Alternativ kann eine möglichst genaue Passung vorgesehen
sein. Gemäß einer
weiteren Möglichkeit
kann das Sensorelement 415 an allen Seiten die Grundplatte 418,
welche nur geringfügig kleiner
ist als der Durchbruch 421, weit überlappen. Wird dann die Grundplatte 418 in
den Durchbruch 421 eingebracht, spannt sich das Sensorelement 415 sozusagen
darüber
und liegt zum einen straff auf der Grundplatte 418. Des
weiteren ist der Durchbruch 421 nach unten so abgedichtet.
-
An
der Oberseite des Sensorelements 415, wo der Bedienbereich 413 gebildet
ist, trägt
dieses eine Bedruckung 427. Diese Bedruckung 427 kann Informationen
für einen
Bediener zeigen, beispielsweise hinsichtlich einer Funktion, welche
durch das Bedienen an dieser Stelle ausgelöst werden kann. Die Bedruckung 427 kann
auf unterschiedliche Art aufgebracht sein, was auch von der Ausbildung
des Sensorelements 415 bzw. des entsprechenden Kunststoff-Materials
abhängt.
Die Bedruckung kann auch beispielsweise ein Aufkleber sein, ebenso
eine leichte Struktur, die gesehen oder ertastet werden kann.
-
In 6 ist
eine Bedieneinrichtung 511 dargestellt, bei welcher ein
Sensorelement 515 blockartig ist mit einer Dicke, die erheblich über derjenigen der
Sensorelemente der anderen Figuren hinausgeht und insbesondere einige
Millimeter beträgt,
beispielsweise 10 bis 15 mm. Durch einen Durchbruch 521 in
der Abdeckung 517 ragt das Sensorelement 515 nach
oben und erhebt sich weit über
die Abdeckung. So kann ein Bedien-Bereich 513 geschaffen werden,
der erheblich höher
liegt als die Abdeckung 516 und der sozusagen sehr exponiert
ist. Ansonsten liegt das Sensorelement 515 wieder auf einer
starren Grundplatte 518 auf mit elektrischen Anschlusskontakten 519 und 520.
-
Funktion
-
Die
grundsätzliche
Funktion der Sensorelemente 15 bis 515 ist bei
allen Bedieneinrichtungen 11 bis 511 gleich. Wird
beispielsweise durch Anlegen eines Fingers 330 ein Druck
auf den Bedien-Bereich 13 bis 513 ausgeübt, so wird
in dem Kunststoff-Material der Sensorelemente aufgrund der eingangs
genannten speziellen Eigenschaften ein elektrisches Signal erzeugt.
Dieses kann über
eine Steuereinrichtung bzw. eine Auswertung erfasst werden. Die
Stärke
des elektrischen Signals hängt
ab von der Stärke
des Drucks bzw. der Volumenänderung
des Sensorele ments aufgrund des Drucks, den speziellen Materialeigenschaften,
der Dicke des Sensorelements und eventuell der vorherigen Aufladung
des Sensorelements. Somit kann über
diese Faktoren eine Ansprechschwelle eingestellt werden.
-
Für manche
Anwendungen kann es notwendig sein, das Sensorelement von Zeit zu
Zeit elektrisch wieder aufzuladen. Hierfür ist ggf. zusätzlich zu dem
jeweils dargestellten elektrischen Anschlusskontakt ein zweiter
entfernter, vorzugsweise gegenüberliegender,
Anschlusskontakt vorgesehen, sollte die Aufladung nicht über die
zur Detektion benutzten Anschlusskontakte möglich sein. Über eine
entsprechende Ansteuerung kann entweder nach jeder Bedienung, in
regelmäßigen Abständen oder
abhängig von
der Stärke
des gemessenen Signals eine Aufladung stattfinden.