PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004060846B4 18.12.2008
Titel Kapazitiver Berührungsschalter
Anmelder Diehl AKO Stiftung & Co. KG, 88239 Wangen, DE
Erfinder Kaps, Werner, 88171 Weiler-Simmerberg, DE;
Heimann, Uwe, 90427 Nürnberg, DE
DE-Anmeldedatum 17.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004060846
Offenlegungstag 29.06.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.12.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.12.2008
IPC-Hauptklasse H03K 17/96(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Berührungsschalter mit einem zwischen einer Platine und einer Abdeckplatte angeordneten flexiblen Körper, insbesondere aus einem Schaumstoff. Ein derartiger Berührungsschalter ist beispielsweise aus der EP 0 859 467 B1 bekannt.

Der aus der EP 0 859 467 B1 bekannte Berührungsschalter weist einen auf einer metallischen Kontaktfläche einer Platine angeordneten flexiblen Körper auf, der den Raum zwischen der Platine und einer Abdeckplatte überbrückt. Zur Herstellung einer elektrischen Leitfähigkeit des Körpers, insbesondere Schaumstoffkörpers, ist in diesen beispielsweise Kohlenstoff eingelagert. Ein hoher elektrischer Widerstand des Schaumstoffkörpers von beispielsweise 500 k&OHgr; soll zu einer guten elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), insbesondere einer Filterwirkung gegenüber elektrischen Störgrößen, beitragen.

Weitere kapazitive Berührungsschalter mit einer Sensortaste, die einen Körper aus einem flexiblen Material mit integrierten elektrisch leitfähigen Eigenschaften zur elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktflächen der Platine und der Abdeckplatte aufweist, sind aus den Druckschriften DE 102 50 395 A1, DE 197 06 167 A1, DE 31 19 495 A1 und EP 0 859 467 B1 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Berührungsschalter anzugeben, welcher sich durch eine besonders günstige Kombination mechanischer und elektrischer Eigenschaften auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen kapazitiven Berührungsschalter mit den Merkmalen des Anspruches 1. Dieser Berührungsschalter umfasst einen ein Teil einer Sensortaste bildenden flexiblen Körper, der zwischen einer Platine und einer Abdeckplatte angeordnet ist. Der Körper ist erfindungsgemäß von einem leitfähigen Netz umspannt. Damit sind die elektrischen Eigenschaften des Körpers ohne Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften wesentlich verbessert. Insbesondere ist der Kontaktwiderstand zwischen der Sensortaste und einer Kontaktfläche auf der angrenzenden Platine herabgesetzt.

Der in sich flexible Körper, insbesondere Schaumstoffkörper, der Sensortaste ist vorzugsweise ein elektrischer Isolator. Als Material zur Herstellung des elastischen Körpers ist beispielsweise ein weichelastischer Kunststoff, Naturgummi, synthetischer Gummi, Silicon oder ein sonstiges weiches, insbesondere schäumbares Material geeignet. In jedem Fall ist die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Körpers geringer als diejenige des um den Körper gelegten Netzes. Der Körper kann unterschiedlichste geometrische Formen, beispielsweise ein zylindrische Form, aufweisen. In bevorzugter Ausgestaltung hat der Körper die Form eines Quaders, insbesondere mit einer quadratischen Querschnittsfläche. Das leitfähige Netz ist wie ein Schlauch über den Körper gezogen oder wie ein Tuch um den Körper gelegt, sodass es diesen, im Fall einer Quaderform, auf vier Seiten bedeckt. In jedem Fall ist sowohl die der Platine zugewandte als auch die der Abdeckplatte zugewandte Seite des Körpers von dem leitfähigen Netz bedeckt.

Das leitfähige Netz kann beispielsweise aus einem Metallgeflecht bestehen. Der Begriff „Netz" ist in einem sehr weiten Sinn zu verstehen und umfasst beispielsweise auch ein Vlies sowie eine Drahtwicklung. Vorzugsweise ist das Netz aus einem metallisierten, d. h. mit einem metallischen Überzug versehenen Gewebe eines Nichtleiters, beispielsweise Nylon oder einer anderen Kunstfaser, gebildet. Auf die mechanischen Eigenschaften des elastischen Körpers hat das leitfähige Netz praktisch keine Auswirkungen.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist auf der Platine mindestens ein Leuchtmittel, insbesondere eine Leuchtdiode, angeordnet. Um die Sensortaste oder einen an die Sensortaste grenzenden Bereich der Abdeckplatte zu beleuchten, kann das von dem Leuchtmittel emittierte Licht durch eine Öffnung im Körper geleitet werden. Von besonderem Vorteil ist dabei die Anordnung eines Lichtleiters in der Öffnung des flexiblen Körpers. Vorzugsweise ist der Lichtleiter aus einem elastisch nachgiebigen Material, insbesondere Silicon, gefertigt, um sich der Form des flexiblen Körpers anpassen zu können.

Die mindestens eine Sensortaste auf der Platine ist, in Draufsicht auf die Platine, nach einer vorteilhaften Weiterbildung in eine Matte aus elastischem Material, insbesondere eine Silconmatte, eingebettet. Somit ist die Sensortaste allseitig, mit Ausnahme derjenigen Seiten, die der Platine oder der Abdeckplatte zugewandt sind, von dem elastischem Material umgeben. Die Matte hat zum einen die Funktion, die Sensortaste beziehungsweise die Sensortasten an der vorgesehenen Stelle auf der Platine zu halten und erleichtert damit eine sehr rationelle Montage. Zum anderen hat die Matte auch eine abdichtende Funktion, wobei die Außenkonturen der Matte bevorzugt zumindest annähernd den Konturen der Platine sowie der Abdeckplatte entsprechen. Darüber hinaus kann die Matte auch als lichtleitendes Element dienen. Insbesondere ist es möglich, das von einem auf der Platine angeordneten Leuchtmittel emittierte Licht durch die Matte zu leiten. Der oben im Zusammenhang mit einer Leuchtdiode genannte Lichtleiter kann also einteilig mit der die Sensortaste umschließenden Matte ausgebildet sein. Alternativ ist es auch möglich, in Öffnungen der Matte separate Lichtleiter einzusetzen.

Die vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Abdeckplatte ist im Wesentlichen parallel zur Platine angeordnet. Eine besonders ergonomische Gestaltung kann in vielen Anwendungsfällen dadurch erreicht werden, dass die Abdeckplatte eine zumindest leichte Krümmung aufweist. Der Abstand zwischen der Abdeckplatte und der Platine ist somit nicht an allen Stellen gleich. Den variierenden Abständen zwischen der Abdeckplatte und der Platine passt sich der flexible, mit einem leitfähigen Netz umspannte Körper an. Bei Bedarf können auf einer einzigen Platine auch Sensortasten unterschiedlicher Abmessungen montiert werden.

Die Sensortaste bildet einen Pol eines Kondensators, der durch Auflegen eines Fingers einer Bedienperson auf die Abdeckplatte in seiner Kapazität verändert werden kann. Die elektrischen Eigenschaften des Kondensators sind gezielt beeinflussbar, indem die der Platine zugewandte Oberfläche der Abdeckplatte leitfähig beschichtet wird. Als leitfähige Schicht, die mit dem den Körper umspannenden Netz in elektrischem Kontakt ist, kommt insbesondere eine metallische Beschichtung einer Kunststofffolie in Betracht. Nach einer alternativen Ausgestaltung befindet sich auf der äußeren, d. h. der Platine abgewandten Oberfläche der Abdeckplatte eine leitfähige Schicht, insbesondere eine metallisierte Folie.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1a in einer Explosionsdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Berührungsschalters,

1b eine Sensortaste des Berührungsschalters nach 1a, und

2a2f in einer perspektivischen Darstellung, einer Draufsicht sowie verschiedenen Schnitten ein zweites Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Berührungsschalters.

Einander entsprechende oder gleich wirkende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Ein in 1a dargestellter kapazitiver Berührungsschalter 1 weist eine Leiterplatte oder Platine 2 mit mehreren rechteckigen Kontaktflächen 3sowie nicht gezeigten Leiterbahnen auf. Des Weiteren befinden sich auf der Platine 2 mehrere Leuchtdioden 4, allgemein als Leuchtmittel bezeichnet. Die Kontaktflächen 3 werden kontaktiert von jeweils einer Sensortaste 5, welche aus einem von einem leitfähigen Netz 6 umspannten quaderförmigen Körper 7 aus Schaumstoff gebildet ist. Jede Sensortaste 5 weist damit eine flexible, elastisch nachgiebige Gestalt auf und ist im zusammengebauten Zustand des Berührungsschalters 1 zumindest geringfügig komprimiert, um den vorhandenen Einbauraum in jedem Fall vollständig auszufüllen.

Die Gestaltung der Sensortaste 5 geht im Detail aus 1b hervor. Das Netz 6 hat die Form eines um den Körper 7 gelegten Schlauches und ist aus metallisch beschichteten Kunststofffasern, nämlich Nylonfasern, gefertigt. Die Komprimierbarkeit des aus einem isolierenden Material gefertigten Körpers 7 ist durch das Netz 6 praktisch nicht beeinflusst. Auf den von den Kontaktflächen 3 im Wesentlichen parallel beabstandeten Oberseiten der Sensortasten 5 liegt eine leicht gekrümmte, aus Kunststoff gefertigte Abdeckplatte 8 auf, welche als Bedienblende fungiert. An der der Platine 2 zugewandten Oberfläche der Abdeckplatte 8 befinden sich zwei kreisrunde metallisierte Folien 9, die jeweils eine Sensortaste 5 kontaktieren. Die Anordnung aus leitfähiger Folie 9, Sensortaste 5 und Kontaktfläche 3 bildet insgesamt einen Pol eines Kondensators. Nach einer alternativen Ausgestaltung befindet sich eine metallisierte Folie 10 auf der Oberseite, d. h. der der Platine 2 abgewandten Seite der Abdeckplatte 8. Soweit sich keine metallisierte Folie auf der Oberseite der Abdeckplatte 8 befindet, ist diese mit einem Farbdruck 11 versehen, dessen Fläche der Fläche der metallisierten Folie 9 entspricht. Der Berührungsschalter kann aber auch ganz ohne metallisierte Folien 9, 10 ausgeführt sein.

Der Raum zwischen der Platine 2 und der Abdeckplatte 8 ist weitgehend ausgefüllt mit einer Matte 12 aus Silicon, welche abdichtende und zugleich lichtleitende Funktion hat. Letztgenannte Funktion ist insbesondere ersichtlich anhand von Lichtleitzylindern 13, die aus der ansonsten im Wesentlichen ebenen Oberfläche der Matte 12 herausragen und kreisrunde Öffnungen 14 in der Abdeckplatte 8 ausfüllen. Soweit sich eine Leuchtdiode 4, in Draufsicht auf die Abdeckplatte 8, im Bereich einer Folie 9 und eines Farbdrucks 11 befindet, wie im Fall der mittleren Sensortaste 5, weist auch die Folie 9 eine der Form des Lichtleitzylinders 13 angepasste Öffnung 15 auf. Die Sensortasten 5 sind in Durchbrüchen 16 der Matte 12 angeordnet, welche im Wesentlichen eine rechteckige Querschnittsform haben. Abweichend von einer exakten Rechteckform sind jedoch die Konturen der Durchbrüche 16 etwas gewellt, um eine einfachere Montage, auch bei geringfügigen Abweichungen von den geometrischen Sollwerten, zu ermöglichen.

Das Ausführungsbeispiel nach den 2a bis 2f unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 hauptsächlich durch die Anordnung der Leuchtdioden 4. Die mittlere der Leuchtdioden 4 befindet sich auf der Platine 2 an einer Stelle, an der auch die mittlere Sensortaste 5 auf der Platine 2 aufliegt. Diese Sensortaste 5 weist daher eine zylindrische Öffnung 17 auf, deren Querschnitt dem Querschnitt des Lichtleitzylinders 13 entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, die Leuchtdiode 4 zentriert relativ zur leitfähigen Folie 9 sowie zur Sensortaste 5 anzuordnen.


Anspruch[de]
Kapazitiver Berührungsschalter mit einer zwischen einer Platine (2) und einer Abdeckplatte (8) angeordneten Sensortaste (5), welche einen Pol eines Kondensators bildet, der in seiner Kapazität durch Annäherung veränderbar ist, wobei die Sensortaste (5) einen an die Abdeckplatte (8) anpassbaren Körper (7) aus einem flexiblen Material enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (7) elektrisch nicht leitfähig ist und von einem leitfähigen Netz (6) zumindest teilweise umspannt ist. Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Netz (6) aus einem metallisierten Gewebe eines Nichtleiters gebildet ist. Berührungsschalter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Platine (2) ein Leuchtmittel (4) angeordnet ist. Berührungsschalter nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass als Leuchtmittel (4) eine Leuchtdiode vorgesehen ist. Berührungsschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (7) eine vom vom Leuchtmittel (4) emittierten Licht durchstrahlbare Öffnung (17) aufweist. Berührungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung (17) ein Lichtleiter (13) angeordnet ist. Berührungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (13) aus einem elastisch nachgiebigen Material, insbesondere Silicon, gebildet ist. Berührungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht der Platine (2) oder der Abdeckplatte (8) zugewandten Seiten der Sensortaste (5) von einer Matte (12) aus elastischem Material, insbesondere Silicon, umgeben sind. Berührungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Matte (12) lichtleitend, insbesondere zur Leitung des von einem Leuchtmittel (4) auf der Platine (2) emittierten Lichtes ausgebildet, ist. Berührungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (8) gekrümmt ist. Berührungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine auf einer Oberfläche der Abdeckplatte (8) angeordnete leitfähige Schicht (9, 10), wobei die leitfähige Schicht (9) vorzugsweise zwischen dem Körper (7) und der Abdeckplatte (8) angeordnet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com