DE102009032614A1

DE102009032614A1 - Switching element for manual operation, is provided with support element and two electrodes of capacitive sensor element

Info

Publication number: DE102009032614A1
Application number: DE102009032614A
Authority: DE
Inventors: Christopher Deisler; Anton Sappler; Peter Bauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-13

Abstract

The switching element is provided with a support element and two electrodes (2a,2b) of a capacitive sensor element. A snatch element is arranged above the electrode. The snatch element is transferred from a mechanically stable condition into another mechanically unstable condition by manual execution of actuating force. The snatch element has an electrically conductive inner surface directed at the support element. An independent claim is also included for a method for evaluating a switching element.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltelement zur manuellen Bedienung, umfassend ein Trägerelement und zwei auf das Trägerelement aufgebrachte Elektroden eines kapazitiven Sensorelements.The The invention relates to a switching element for manual operation, comprising a carrier element and two on the carrier element applied electrodes of a capacitive sensor element.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auswertung eines Schaltelements.Further The invention relates to a method for evaluating a switching element.

Die Verwendung kapazitiver Schaltflächen ist aus diversen technischen Anwendungen bekannt. So existieren etwa Touchscreens und Touchpads, deren Auswertung auf kapazitivem Messprinzip beruht. Kapazitive Schalterflächen erfreuen sich nicht nur in der Unterhaltungselektronik, sondern beispielsweise auch bei Bedienfeldern von Haushaltsgeräten großer Beliebtheit. Im Automobilumfeld finden kapazitive Sensoren beispielsweise zunehmend Anwendung an Türgriffen. Ein wesentlicher Nachteil von kapazitiven Schaltflächen ist die in der Regel fehlende haptische bzw. taktile Rückmeldung über eine erfolgreiche Betätigung.The Use of capacitive buttons is of various technical Applications known. For example, there are touchscreens and touchpads whose Evaluation based on capacitive measuring principle. Capacitive switch surfaces enjoy not only in consumer electronics, but for example, in control panels of household appliances great popularity. In the automotive environment find capacitive For example, sensors are increasingly being used on door handles. A major disadvantage of capacitive buttons is the usually missing haptic or tactile feedback about a successful operation.

Aus der DE 100 65 806 C1 ist ein Schaltelement bekannt, das ein Schnappelement beinhaltet, welches durch manuelles Ausüben einer Betätigungskraft von einem ersten, mechanisch stabilen Zustand in einen zweiten, mechanisch instabilen Zustand überführbar sind. Weitere Beispiele für solche Schaltelemente stellen insbesondere so genannte Folientaster dar. Folientaster können so genannte „Knackfrösche” als haptikgebendes Element enthalten oder ihr haptisches Verhalten aus einer bestimmten Oberflächenprägung und deren Zusammenwirken mit den mechanischen Eigenschaften der Folie beziehen.From the DE 100 65 806 C1 a switching element is known, which includes a snap element, which can be converted by manually exerting an actuating force from a first, mechanically stable state to a second, mechanically unstable state. Further examples of such switching elements are in particular so-called membrane keys. Membrane keys can contain so-called "click frogs" as a haptic-giving element or relate their haptic behavior from a specific surface embossing and their interaction with the mechanical properties of the film.

Schaltelemente mit integriertem Schnappelement sind auch für den Automobilsektor bekannt. So ist beispielsweise aus der DE 10 2006 059 208 A1 ein kapazitiver Näherungssensor bekannt, in dessen Erfassungsbereich sich eine Betätigungseinrichtung befindet, die eine taktil wahrnehmbare Rückmeldung für den Bediener erzeugt, funktionell jedoch vom Sensor entkoppelt ist. Eine derartige Kombination aus kapazitivem Schalter und haptischem Element, das auch als Folienschalter ausgeprägt sein kann, besitzt den Nachteil, dass das haptikgebende Element die kapazitive Sensorik stören kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn es elektrisch leitende Bestandteile enthält.Switching elements with integrated snap element are also known for the automotive sector. For example, from the DE 10 2006 059 208 A1 a capacitive proximity sensor is known, in whose detection area there is an actuator which generates a tactile perceptible feedback for the operator, but is functionally decoupled from the sensor. Such a combination of capacitive switch and haptic element, which may also be pronounced as a film switch, has the disadvantage that the haptic-giving element can interfere with the capacitive sensor. This is especially true if it contains electrically conductive components.

Zum Stand der Technik gehören schließlich auch herkömmliche Taster, die um eine kapazitive Sensoreinheit erweitert werden, um zwischen Berührung und Betätigung des Tasters zu unterscheiden und entsprechende Aktionen auszulösen. Die durch eine solche Erweiterung entstehende Kombination resistiver und kapazitiver Sensorelemente hat jedoch in der Regel einen komplexen mechanischen Aufbau der Gesamtanordnung zur Folge.To the Finally, prior art also include conventional ones Pushbuttons that are extended by a capacitive sensor unit to between touching and pressing the button to differentiate and trigger appropriate actions. The combination resulting from such an expansion is more resistive and capacitive sensor elements, however, usually has a complex mechanical structure of the overall arrangement result.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Schaltelement zur manuellen Bedienung anzugeben.It An object of the invention is an improved switching element for specify manual operation.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein effizientes Verfahren zur Auswertung eines solchen Schaltelements anzugeben.It Another object of the invention is an efficient process to indicate the evaluation of such a switching element.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Schaltelement gemäß Anspruch 1. Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The the first object is achieved by a switching element according to claim 1. The second object is solved by a method according to claim 8 or 9. Advantageous embodiments and developments result from the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Schaltelement umfasst ein, vorzugsweise im Wesentlichen ebenes, z. B. als Trägerplatte, insbesondere Platine, ausgeführtes, Trägerelement und zwei auf das Trägerelement aufgebrachte Elektroden eines kapazitiven Sensorelements. Oberhalb der Elektroden ist ein Schnappelement angeordnet, das durch manuelles Ausüben einer Betätigungskraft – in der Regel wird dies durch die Fingerspitze eines Bedieners erfolgen – von einem ersten, mechanisch stabilen Zustand in einen zweiten, mechanisch instabilen Zustand überführbar ist. Das Schnappelement weist eine zum Trägerelement weisende, elektrisch leitfähige Innenfläche auf. Dabei ist die erste Elektrode des kapazitiven Sensorelements elektrisch leitend mit dieser Innenfläche des Schnappelements verbunden, wodurch die Innenfläche selbst als Elektrode des kapazitiven Sensorelements wirkt. Mechanisch ist das Schnappelement bzw. die Innenfläche so gestaltet und angeordnet, dass die Innenfläche unter dem Einfluss der Betätigungskraft zumindest teilweise in Richtung der zweiten Elektrode bewegbar ist. Dies hat ein entsprechende Kapazitätsänderung zur Folge, die durch eine geeignete Mess- und Auswerteschaltung, die an die beiden Elektroden angeschlossen werden kann, mess- und auswertbar ist.The Switching element according to the invention comprises, preferably essentially flat, z. B. as a support plate, in particular Board, executed, carrier element and two on the carrier element applied electrodes of a capacitive Sensor element. Above the electrodes, a snap element is arranged, by manually exerting an actuating force - in Typically, this will be done by the fingertip of an operator - from a first, mechanically stable state in a second, mechanical unstable state is feasible. The snap element has a to the support member facing, electrically conductive Inside surface on. In this case, the first electrode of the capacitive Sensor element electrically conductive with this inner surface of the Snap element connected, creating the inner surface itself acts as an electrode of the capacitive sensor element. It is mechanical the snap element or the inner surface designed and arranged that the inner surface under the influence of Actuating force at least partially in the direction of the second Electrode is movable. This has a corresponding capacity change result, by a suitable measurement and evaluation circuit, which can be connected to the two electrodes, measuring and is evaluable.

Die Erfindung vereint die Vorteile von Folientastern, insbesondere einen sehr einfachen Aufbau und die Eignung zur taktilen Rückmeldung, mit denjenigen kapazitiver Sensorflächen, insbesondere mit deren funktionalen Möglichkeiten, beispielsweise deren Eignung zur Detektion von Berührung, Annäherung und ggf. Entfernung eines Objekts, insbesondere einer Fingerspitze eines Bedieners.The Invention combines the advantages of membrane switches, especially one very simple construction and suitability for tactile feedback, with those capacitive sensor surfaces, in particular with their functional possibilities, for example theirs Suitability for the detection of touch, approach and possibly removal of an object, in particular a fingertip an operator.

Durch das Fehlen elektrisch leitender Komponenten zwischen den Elektroden des kapazitiven Sensorelements werden störende Einflüsse solcher Komponenten vermieden.By the absence of electrically conductive components between the electrodes of the capacitive sensor element are disturbing influences such components avoided.

Ein erfindungsgemäßes Schaltelement kann beispielsweise aufgebaut werden, indem auf eine Grundfläche, z. B. eine Platine oder Folie, benachbart nebeneinander die Elektroden eines kapazitiven Sensorelements aufgebracht werden. Oberhalb der Elektroden wird ein herkömmlicher Folientaster aufgebracht, z. B. geklebt oder geklemmt, der so gestaltet ist, dass er beim Eindrücken dem Benutzer eine haptische Rückmeldung vermittelt. Dies könnte zum Beispiel durch einen so genannten Knackfrosch unter der Deckfolie des Folienschalters geschehen. Ein solcher Knackfrosch ist in der Regel aus elektrisch leitendem Material gefertigt, wovon im Folgenden ausgegangen wird. Im Anspruchswortlaut stellt der Knackfrosch dann die Innenfläche des Schnappelements dar. Denkbar ist alternativ, d. h. statt der Verwendung eines Knackfroschs, auch die Herangehensweise, die Deckfolie selbst in Ihrer Form- und Materialgebung so zu gestalten, dass aufgrund von Form und Material eine Auswölbung entsteht, bei deren manuellem Eindrücken ein entsprechendes haptisches Gefühl erzeugt wird. Die Deckfolie selbst stellt dann im Anspruchswortlaut das Schnappelement dar. Befindet sich auf der Folienunterseite eine leitende Schicht, wodurch die Schnappeignung gegebenenfalls noch verbessert werden kann, so stellt diese leitende Schicht im Anspruchswortlaut die elektrisch leitfähige Innenfläche des Schnappelements dar.An inventive switching element can For example, be built by a base, z. As a board or foil, adjacent to each other, the electrodes of a capacitive sensor element are applied. Above the electrodes, a conventional membrane switch is applied, for. B. glued or clamped, which is designed so that it gives the user a haptic feedback when pressed. This could be done for example by a so-called crackpot under the cover sheet of the film switch. Such a crackpot is usually made of electrically conductive material, which is assumed below. In the claim text, the crackpot frog then represents the inner surface of the snap element is conceivable alternatively, ie, instead of using a crackpot frog, the approach of making the cover sheet itself in your form and material so that due to shape and material bulge arises in their manual impressions a corresponding haptic feeling is generated. The cover film itself then represents the snap element in the claim text. If there is a conductive layer on the underside of the film, as a result of which the snap fit can be improved if necessary, this conductive layer in the claim text represents the electrically conductive inner surface of the snap element.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass störende (im Hinblick auf die Auswertung des kapazitiven Sensorelements störende) Einflüsse elektrisch leitender haptikgebender Komponenten besonders elegant und effizient vermieden werden können, indem diese Komponenten ganz oder teilweise selbst als kapazitive Elektrode bzw. Sensorfläche oder zumindest als Teil dieser Elektrode bzw. Sensorfläche verwendet werden. Das haptikgebende Element wird also funktional an eine Seite des zwischen den beiden Elektroden ausgebildeten Kondensators angeschlossen und wird somit Teil des so entstehenden veränderten Kondensators.The Invention is based on the finding that disturbing (im With regard to the evaluation of the capacitive sensor element disturbing) Influences of electrically conductive haptic-giving components especially elegant and efficient can be avoided by these All or part of the components themselves as a capacitive electrode or sensor surface or at least as part of this electrode or sensor surface can be used. The haptic element So it's functional on one side of the between the two electrodes connected capacitor and thus becomes part of the thus resulting modified capacitor.

Vorzugsweise ist das Schnappelement oberhalb des Trägerelements von einem Abstandselement gehalten. Der Betätigungsweg kann somit – ebenso wie die maximale Kapazität der kapazitiven Sensoranordnung – vergrößert werden, wodurch sowohl die taktile Rückkopplung als auch die Sensoreigenschaften der kapazitiven Sensoranordnung verbesserbar sind.Preferably is the snap element above the support element of held a spacer. The actuation path can thus - as well as the maximum capacity of the capacitive sensor arrangement - increased which makes both the tactile feedback as well the sensor properties of the capacitive sensor arrangement can be improved are.

Das Schnappelement kann vorteilhaft, insbesondere bei einer Ausgestaltung als Folientaster, so ausgebildet und konzipiert sein, dass es beim manuellen Ausüben der Betätigungskraft in direktem Kontakt mit dem Finger des Bedieners steht. Alternativ kann oberhalb des Schnappelements ein Berührelement, etwa eine aufgesteckte Taste oder ein eine Hülse übergreifender Deckel (vgl. DE 100 65 806 C1 ), angeordnet sein, das beim manuellen Ausüben der Betätigungskraft in direktem Kontakt mit dem Finger des Bedieners steht und die Betätigungskraft auf das Schnappelement überträgt.The snap element can advantageously, in particular in a configuration as a membrane switch, be designed and designed such that it is in direct contact with the finger of the operator during manual exercise of the actuating force. Alternatively, above the snap element, a contact element, such as an attached button or a sleeve over a cover (see. DE 100 65 806 C1 ), which in manual application of the actuating force is in direct contact with the finger of the operator and transmits the actuating force to the snap element.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung ist die Innenfläche unter dem Einfluss der Betätigungskraft so weit in Richtung des Trägerelements bewegbar, dass sowohl ein mechanischer als auch ein elektrischer Kontakt zwischen der Innenfläche und der zweiten Elektrode hergestellt wird. Somit ist es grundsätzlich möglich, auch den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden bzw. dessen Veränderung bei hergestelltem Kontakt zu messen. Das Herstellen des Kontakts ist somit sehr leicht durch eine nachgeschaltete resistive Auswerteschaltung detektierbar und als „Betätigung” des Schaltelements interpretierbar. Sollen Annäherung, Berührung und ggf. Entfernung auf Basis der Kapazität erkannt werden, kann dies elegant und effizient geschehen, wenn eine nachgeschaltete Auswerteelektronik eine resistive Auswerteschaltung und eine kapazitive Auswerteschaltung umfasst und zwischen kapazitiver und resistiver Auswertung umschaltet, z. B. „toggelt”.According to one first variant of the invention, the inner surface is below the influence of the actuating force so far in the direction of Carrier element movable that both a mechanical than also an electrical contact between the inner surface and the second electrode is produced. So it is basically possible, also the electrical resistance between the Electrodes or its change in contact produced to eat. The making of the contact is thus very easy by a Downstream resistive evaluation circuit detectable and as "actuation" of the Switching element interpretable. Shall approach, touch and, if applicable, removal based on capacity, This can be done elegantly and efficiently if a downstream one Evaluation a resistive evaluation circuit and a capacitive Evaluation circuit includes and between capacitive and resistive Evaluation switches, z. B. "toggles".

Die Widerstandsmessung ist jedoch auch bei solcher konstruktiver Ausführung nicht zwingend erforderlich. Auch die Kapazität des kapazitiven Sensorelements wird durch das Herstellen des Kontakts in leicht messtechnisch erfassbarer und reproduzierbarer Weise verändert. Das Herstellen des Kontakts ist somit auch leicht durch eine nachgeschaltete kapazitive Auswerteschaltung detektierbar und als „Betätigung” des Schaltelements interpretierbar. Wird diesem Ansatz gefolgt, kann auf eine resistive Auswerteschaltung verzichtet werden.The However, resistance measurement is also in such a constructive design not mandatory. Also the capacity of the capacitive Sensor element is by establishing the contact in easy changed metrologically detectable and reproducible way. The making of the contact is therefore also easy by a downstream Capacitive evaluation circuit detectable and as "operation" of the Switching element interpretable. If this approach is followed, can be dispensed with a resistive evaluation circuit.

Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung ist zwischen der Innenfläche und der zweiten Elektrode ein Trennelement (z. B. eine elektrisch isolierende Zwischenschicht) angeordnet und die Innenfläche ist unter dem Einfluss der Betätigungskraft so weit in Richtung des Trägerelements bewegbar, dass eine Annäherung der zwei Elektroden erfolgt, jedoch kein elektrischer Kontakt zwischen der Innenfläche und der zweiten Elektrode hergestellt werden kann. Insbesondere dann, wenn eine sehr dünne isolierende Zwischenschicht verwendet wird (z. B. 0,5 Millimeter bis 1 Millimeter), führt die starke Annäherung der beiden Kondensatorseiten zu einer Signaländerung, die von einer nachgeschalteten kapazitiven Auswerteschaltung erkannt und als Betätigung interpretiert werden kann. Eine zusätzliche resistive Auswertung kann somit entfallen.According to one second variant of the invention is between the inner surface and the second electrode has a separator (eg, an electric insulating intermediate layer) and the inner surface is so far in the direction under the influence of the operating force the carrier element movable that an approximation the two electrodes, but no electrical contact between the inner surface and the second electrode are produced can. Especially if a very thin insulating intermediate layer is used (for example, 0.5 millimeters to 1 millimeter) leads the strong approximation of the two capacitor sides to one Signal change coming from a downstream capacitive Evaluation circuit detected and interpreted as an operation can. An additional resistive evaluation can thus omitted.

Unabhängig davon, ob eine Betätigung aufgrund resistiver oder kapazitiver Auswertung erkannt wird. Die Gesamtanordnung erlaubt im Zusammenwirken mit einer Auswerteschaltung, die geeignet ist, auf Basis der zwischen den Elektroden auftretenden Kapazität und/oder deren Veränderung zu unterscheiden zwischen einer Annäherung eines Fingers an das Schnappelement bzw. Berührelement, einer Berührung des Schnappelements bzw. Berührelements, einer Betätigung des Schnappelements bzw. Berührelements und gegebenenfalls eines Entfernens des Fingers von dem Schnappelement bzw. Berührelement, die Unterscheidung von bis zu fünf Bedienzuständen: inaktiv, Annäherung, Berührung, Betätigung, Loslassen (bzw. Entfernen). Wird die Geschwindigkeit einer Annäherung bzw. Entfernung ausgewertet, was die Anordnung grundsätzlich zulässt, sind weitere Bedienzustände definierbar und unterscheidbar.Regardless of whether an operation due to resistive or capacitive evaluation is detected. The overall arrangement allows, in cooperation with an evaluation circuit, which is suitable based on the capacity occurring between the electrodes and / or their change under between an approach of a finger to the snap element or contact element, a touch of the snap element or contact element, an operation of the snap element or contact element and optionally a removal of the finger of the snap element or contact element, the distinction of up to five operating states: inactive , Approach, touch, press, release (or remove). If the speed of an approach or distance is evaluated, which basically allows the arrangement, further operating states can be defined and distinguished.

Das erfindungsgemäße Konzept kann sowohl für einzelne Schaltelemente als auch für aus mehreren Schaltelementen zusammengesetzte Tasterfelder mit beliebigem Layout angewendet werden.The inventive concept can be used for both individual switching elements as well as for several switching elements composite buttons with any layout can be applied.

Eine mögliche Weiterbildung der Erfindung besteht im Einbringen von Beleuchtungsmitteln unter einer Deckschicht des Schnappelements bzw. Berührelements.A possible development of the invention consists in introducing of lighting means under a cover layer of the snap element or touch element.

Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der beiden genannten Varianten der Erfindung beschrieben.following are exemplary embodiments of the two mentioned Variants of the invention described.

Ausführungsbeispiel für die erste genannte Variante:Embodiment for the first mentioned variant:

Die zweite Seite (zweite Elektrode) des Kondensators ist der bei Folienschaltern übliche Schließkontakt, der um zusätzliche leitende Flächen zur Erhöhung der Sensitivität des gesamten kapazitiven Sensors erweitert werden kann.The second side (second electrode) of the capacitor is the usual in foil switches Close contact, the additional conductive surfaces to increase the sensitivity of the entire capacitive sensor can be extended.

Eine erste Untervariante dieser ersten Variante beruht ausschließlich auf kapazitiver Auswertung:
Bei Annäherung und Berührung des Tasters ändert sich die Kapazität des Sensors in bekannter Weise. Wird der Taster gedrückt, so werden die beiden Seiten des Kondensators leitend verbunden. Dies führt zu einer sehr starken Signaländerung in einer nachgeschalteten kapazitiven Auswerteschaltung. Ein Schalten kann somit sicher und ungestört von Umwelteinflüssen erkannt werden. Die bei bekannten Vorrichtungen mit gleicher Funktionalität zusätzlich erforderliche resistive Auswertung für den Schalter kann entfallen.A first sub-variant of this first variant is based solely on capacitive evaluation:
When approaching and touching the button, the capacitance of the sensor changes in a known manner. If the button is pressed, the two sides of the capacitor are conductively connected. This leads to a very strong signal change in a downstream capacitive evaluation circuit. Switching can thus be detected safely and undisturbed by environmental influences. The additionally required in known devices with the same functionality resistive evaluation for the switch can be omitted.

Eine zweite Untervariante der ersten Variante beruht zudem auf resistiver Auswertung:
Eine nachgeschaltete Auswerteschaltung toggelt zwischen kapazitiver und resistiver Auswertung hin und her. Annäherung, Berührung etc. sind kapazitiv detektierbar. Betätigung ist resistiv detektierbar.A second sub-variant of the first variant is also based on resistive evaluation:
A downstream evaluation circuit toggles between capacitive and resistive evaluation back and forth. Approach, touch etc. are capacitively detectable. Actuation is resistively detectable.

Ausführungsbeispiel für die zweite genannte Variante:Embodiment for the second named variant:

Bei der Betätigung des Tasters bleiben die beiden Seiten der „Schaltkontakte” durch eine dünne Isolatorschicht getrennt. Die starke Annäherung der beiden Kondensatorseiten führt dabei aber zu einer Signaländerung, die von einer nachgeschalteten kapazitiven Auswerteschaltung als Betätigung erkannt werden kann. Eine zusätzliche resistive Auswertung des Schaltens kann hierbei entfallen.at When the button is pressed, the two sides of the "switch contacts" remain a thin insulator layer separated. The strong approach However, the two capacitor sides leads to a signal change, that of a downstream capacitive evaluation circuit as Actuation can be detected. An additional Resistive evaluation of the switching can be omitted here.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein auf der ersten genannten Variante beruhendes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematischin the The following will become apparent from the accompanying drawings the first-mentioned variant based embodiment of the invention. This gives more details preferred embodiments and developments of the invention. In detail, show schematically

1 ein erfindungsgemäßes Schaltelement im inaktiven Bedienzustand, 1 an inventive switching element in the inactive operating state,

2 dasselbe Schaltelement im Bedienzustand „Annäherung”, 2 the same switching element in the operating state "approach",

3 dasselbe Schaltelement im Bedienzustand „Berührung”, 3 the same switching element in the operating state "touch",

4 dasselbe Schaltelement im Bedienzustand „Betätigung”, 4 the same switching element in the operating state "actuation",

5 dasselbe Schaltelement im Bedienzustand „Loslassen”, 5 the same switching element in the "release" operating state,

6 einen exemplarischen Kapazitätszeitverlauf, 6 an exemplary capacity time course,

7 eine Draufsicht auf ausgewählte Bestandteile eines Schaltelements für zusätzliche resistive Auswertung. 7 a plan view of selected components of a switching element for additional resistive evaluation.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltelement im inaktiven Bedienzustand. Auf einer Platine 1 sind zwei Elektroden 2a, 2b aufgebracht. Oberhalb der Platine ist, getrennt durch ein Abstandselement 3 ein Folientaster 4 befestigt. Zwischen Folientaster 4 und Platine 1 ist ein so genannter Knackfrosch 5 eingebracht, der aus elektrisch leitfähigem Material besteht und elektrisch leitend mit der Elektrode 2a verbunden ist. 1 shows a switching element according to the invention in the inactive operating state. On a circuit board 1 are two electrodes 2a . 2 B applied. Above the board is separated by a spacer element 3 a membrane switch 4 attached. Between membrane switch 4 and board 1 is a so-called crackpot frog 5 introduced, which consists of electrically conductive material and electrically conductive with the electrode 2a connected is.

Bezogen auf den Anspruchswortlaut bilden Folientaster 4 und Knackfrosch 5 im vorliegenden Beispiel gemeinsam das Schnappelement. Der Knackfrosch 5 stellt die Innenfläche des Schnappelements dar.Refer to the claim wording form membrane keys 4 and crackpot 5 in the present example together the snap element. The crackpot 5 represents the inner surface of the snap element.

Beide Elektroden 2a und 2b sind über von den Elektroden 2a und 2b wegführende Anschlüsse verbunden mit einer Messelektronik 6 zur Auswertung der Kapazität zwischen den beiden Anschlüssen. Ausgangssignale der Messelektronik 6 werden an eine Steuereinheit 7 übergeben. Durch diese Steuereinheit 7 wird zumindest ein Aktuator 8 in einem Kraftfahrzeug angesteuert, in welchem die Gesamtvorrichtung angeordnet ist.Both electrodes 2a and 2 B are over from the electrodes 2a and 2 B leading terminals connected to a measuring electronics 6 to Auswer capacity between the two connections. Output signals of the measuring electronics 6 are sent to a control unit 7 to hand over. Through this control unit 7 will at least be an actuator 8th controlled in a motor vehicle, in which the overall device is arranged.

Als inaktiv wird der Bedienzustand gemäß 1 deshalb bezeichnet, weil der Finger 9 eines Bedieners, vorzugsweise des Fahrers des Kraftfahrzeugs, in diesem Bedienzustand noch so weit von dem Schaltelement entfernt ist, dass er die von der Messelektronik 6 feststellbare Kapazität noch nicht bzw. noch sehr gering beeinflusst.As inactive, the operating state according to 1 therefore referred to as the finger 9 an operator, preferably the driver of the motor vehicle, in this operating state is still so far away from the switching element, that he of the measuring electronics 6 ascertainable capacity is not yet or still very little affected.

2 zeigt das Schaltelement aus 1 im Bedienzustand „Annäherung”. Der Finger 9 hat sich dem Schaltelement genähert – der Pfeil 9a zeigt die Bewegungsrichtung – und beginnt die von der Messelektronik feststellbare Kapazität zu beeinflussen. Der Folientaster 4 wird jedoch noch nicht berührt. Weder Folientaster 4 noch Knackfrosch 5 werden verformt. 2 shows the switching element 1 in the operating state "approach". The finger 9 has approached the switching element - the arrow 9a shows the direction of movement - and begins to influence the capacity detectable by the measuring electronics. The membrane switch 4 but it is not touched yet. Neither membrane button 4 still crackpot 5 are deformed.

3 zeigt das Schaltelement aus 1 im Bedienzustand „Berührung”. Der Finger 9 hat sich dem Schaltelement so weit genähert, dass er den Folientaster 4 berührt. Die von der Messelektronik feststellbare Kapazität wird stark durch den Finger 9 beeinflusst. Jedoch werden noch immer weder Folientaster 4 noch Knackfrosch 5 wesentlich verformt. 3 shows the switching element 1 in the operating state "touch". The finger 9 has approached the switching element so far that he the membrane switch 4 touched. The capacitance detectable by the measuring electronics is strongly influenced by the finger 9 affected. However, still no membrane switch 4 still crackpot 5 significantly deformed.

4 zeigt das Schaltelement aus 1 im Bedienzustand „Betätigung”. Der Finger 9 hat eine Betätigungskraft über den Folientaster 4 auf den Knackfrosch 5 aufgebracht. Das aus Folientaster 4 und Knackfrosch 5 gebildete Schnappelement ist von seinem ersten, mechanisch stabilen Zustand (vgl. 1, 2, 3) in seinen zweiten, mechanisch instabilen Zustand überführt worden. Der Folientaster 4 und der Knackfrosch 5 sind dadurch so stark verformt, dass der Knackfrosch 5 die Elektrode 2b berührt. Die von der Messelektronik feststellbare Kapazität wird dadurch sehr stark beeinflusst. 4 shows the switching element 1 in the operating state "actuation". The finger 9 has an actuating force via the membrane switch 4 on the crackpot 5 applied. The from foil key 4 and crackpot 5 formed snap element is from its first, mechanically stable state (see. 1 . 2 . 3 ) has been transferred to its second, mechanically unstable state. The membrane switch 4 and the crackpot frog 5 are thus deformed so much that the crackpot frog 5 the electrode 2 B touched. The detectable by the measuring electronics capacity is thereby greatly influenced.

5 zeigt das Schaltelement aus 1 im Bedienzustand „Loslassen”. Der Finger 9 hat sich – der Pfeil 9b zeigt die Bewegungsrichtung – wieder von dem Schaltelement entfernt, beeinflusst aber noch immer die von der Messelektronik feststellbare Kapazität. Der Folientaster 4 wird jedoch nicht mehr berührt und weder Folientaster 4 noch Knackfrosch 5 werden verformt. Vielmehr ist das aus Folientaster 4 und Knackfrosch 5 gebildete Schnappelement in seinen ersten, mechanisch stabilen Zustand zurückgeschnappt. Der Bedienzustand in 5 entspricht im Wesentlichen demjenigen aus 2. Jedoch bewegt sich der Finger 9 in 2 auf das Schaltelement zu, in 5 von diesem weg. 5 shows the switching element 1 in the operating state "release". The finger 9 has become - the arrow 9b shows the direction of movement - again removed from the switching element, but still affects the detectable by the measuring electronics capacity. The membrane switch 4 however, it is not touched anymore and neither membrane key 4 still crackpot 5 are deformed. Rather, that is from membrane switch 4 and crackpot 5 formed snap element snapped back into its first, mechanically stable state. The operating state in 5 is essentially the same as 2 , However, the finger moves 9 in 2 to the switching element to, in 5 away from this.

6 zeigt einen exemplarischen Verlauf des von der Messelektronik 6 messbaren Kapazitätssignals während einer sequenziellen Abfolge der oben geschilderten Bedienzustände. Durchlaufen werden nacheinander Bedienzustände gemäß 1 („inaktiv”), 2 („Annäherung”), 3 („Berührung”), 4 („Betätigung”), 3 („Berührung”), 5 („Loslassen”), 1 („inaktiv”). 6 shows an exemplary course of the of the measuring electronics 6 measurable capacitance signal during a sequential sequence of the above-described operating states. Running through successive states according to 1 ("inactive"), 2 ("Approach"), 3 ("Contact"), 4 ("Activity"), 3 ("Contact"), 5 ("Let go"), 1 ("inactive").

Die horizontalen Strichlinien 11a, 11b, 12a, 12b, 13 stehen für Schaltschwellen, an deren Über- bzw. Unterschreiten die Messelektronik 6 und/oder die Steuereinheit 7 einen veränderten Bedienzustand erkennt.The horizontal dashed lines 11a . 11b . 12a . 12b . 13 stand for switching thresholds at which they exceed or fall below the measuring electronics 6 and / or the control unit 7 detects a changed operating state.

Die vertikalen Strichlinien kennzeichnen jeweils den Übergang zwischen den Bedienzuständen. Unterhalb der Abszisse sind neben exemplarischen Zeitwerten (in Sekunden) codiert die Bedienzustände aufgetragen (zwischen den unteren Enden der vertikalen Strichlinien).The vertical dashed lines indicate the transition between the operating states. Below the abscissa are in addition to exemplary time values (in seconds) encoded the operating states applied (between the lower ends of the vertical dashed lines).

Die Codierung lautet: A: „inaktiv”; B: „Annäherung”; C: „Berührung”; D: „Betätigung”; E: „Loslassen”.The Encoding is: A: "inactive"; B: "approach"; C: "touch"; D: "actuation"; E: "let go".

Die Ordinate ist beschriftet mit den der Kapazität des Sensorelementes proportionalen Werten einer kapazitiven Auswerteschaltung.The Ordinate is labeled with the capacitance of the sensor element proportional values of a capacitive evaluation circuit.

Wie 6 belegt, kann die vorgestellte Anordnung dazu verwendet werden, um anhand der von der Messelektronik 6 und ggf. der Steuereinheit 7 ausgewerteten Kapazitätssignale unter Verwendung von geeigneten Schaltschwellen eine Annäherung, eine Berührung und eine Betätigung und ein anschließendes Entfernen vom Taster zu erkennen.As 6 occupied, the presented arrangement can be used to that of the measuring electronics 6 and possibly the control unit 7 evaluated capacitive signals using appropriate switching thresholds to detect an approach, a touch and an operation and a subsequent removal of the button.

Vorteilhaft weiterbilden lässt sich dies, indem auch die Annäherungs- und/oder Entfernungsgeschwindigkeit (insbesondere betreffend die Phasen B: „Annäherung” und E: „Loslassen”) ausgewertet wird und dementsprechend unterscheidbare Bediensituationen (z. B. langsame/schnelle Annäherung und langsames/schnelles Loslassen) für die Auslösung jeweils zugeordneter unterschiedlicher Aktionen verwendet werden.Advantageous This can be further developed by also and / or removal speed (especially regarding the Phases B: "approach" and E: "let go") is evaluated and accordingly distinguishable operating situations (eg slow / fast approach and slow / fast Release) for the release respectively assigned different actions are used.

Inklusive des Bedienzustandes ,Inaktiv' stehen dann bis zu sieben Zustandskriterien für die Steuerung von Ereignissen bzw. Aktionen zur Verfügung.Included of the operating state 'inactive', there are up to seven status criteria for the control of events or actions available.

Eine nachgeschaltete Steuereinheit 7 kann in Abhängigkeit von der erkannten Bediensituation eine definierte Aktion auslösen. Dies kann z. B. sein (um nur einige Möglichkeiten zu nennen): Eine Voraktivierung eines Systems bei Annäherung oder Berührung, die Aktivierung eine taster- bzw. funktionsbezogenen Anzeige (z. B. Funktionserklärung) bei Annäherung oder Berührung oder die Aktivierung einer Funktion bei Betätigung.A downstream control unit 7 can trigger a defined action depending on the detected operating situation. This can be z. This can be, for example, a pre-activation of a system when approaching or touching, the activation of a push-button or function-related display (eg function explanation) Approaching or touching or activating a function when operated.

Messelektronik 6 und Steuereinheit 7 können selbstverständlich gerätetechnisch in eine einzige Einheit integriert sein.measuring electronics 6 and control unit 7 Of course, they can be integrated in a single unit.

Eine mögliche Weiterbildung des Beispiels besteht im Einbringen von Beleuchtungsmitteln – wie z. B. einer LED oder einer EL-Folie – unter der Tasterfolie 4, um eine Funktionsaktivierung anzuzeigen, um (insbesondere bei variabler Tastenbelegung) eine aktuelle Belegung anzuzeigen oder um die Bedienung bei Dunkelheit zu ermöglichen.A possible development of the example is the introduction of lighting means - such. As an LED or EL film - under the stylus 4 to display a function activation, to display a current occupancy (in particular with variable key assignment) or to enable operation in the dark.

Der oben beschriebene beispielhafte Aufbau kommt ohne eine resistive Auswerteschaltung aus, kann aber um eine solche erweitert werden, insbesondere um den Zustand „Betätigung” besonders zuverlässig und schnell zu erkennen.Of the The above-described exemplary construction comes without a resistive Evaluation circuit, but can be extended by such especially to the state "operation" especially to recognize reliably and quickly.

Eine Draufsicht auf ausgewählte Bestandteile eines entsprechenden Schaltelements, welches einen Schaltkontakt für die resistive Auswertung besitzt, ist in 7 dargestellt.A plan view of selected components of a corresponding switching element which has a switching contact for resistive evaluation is shown in FIG 7 shown.

Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 21 die erste Elektrode einer kapazitiven Sensorfläche, das Bezugszeichen 22 die zweite Elektrode der kapazitiven Sensorfläche, das Bezugszeichen 23 einen elektrisch leitend mit der ersten Elektrode verbundenen Knackfrosch und das Bezugszeichen 24 einen unterhalb des Knackfroschs (auf einer hier nicht grafisch dargestellten Trägerplatte) angeordneten Schaltkontakt für die resistive Auswertung.In this case, the reference numeral 21 the first electrode of a capacitive sensor surface, the reference numeral 22 the second electrode of the capacitive sensor surface, the reference numeral 23 an electrically conductively connected to the first electrode cracking frog and the reference numeral 24 a switching contact for the resistive evaluation arranged below the cracked frog (on a carrier plate not shown here graphically).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10065806 C1 [0004, 0016] - DE 10065806 C1 [0004, 0016]
- DE 102006059208 A1 [0005] - DE 102006059208 A1 [0005]

Claims

Schaltelement zur manuellen Bedienung, umfassend ein Trägerelement und zwei auf das Trägerelement aufgebrachte Elektroden eines kapazitiven Sensorelements, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Elektroden ein Schnappelement angeordnet ist, das durch manuelles Ausüben einer Betätigungskraft von einem ersten, mechanisch stabilen Zustand in einen zweiten, mechanisch instabilen Zustand überführbar ist, dass das Schnappelement eine zum Trägerelement weisende, elektrisch leitfähige Innenfläche aufweist, dass die erste Elektrode des kapazitiven Sensorelements elektrisch leitend mit der Innenfläche des Schnappelements verbunden ist und dass die Innenfläche unter dem Einfluss der Betätigungskraft zumindest teilweise in Richtung der zweiten Elektrode bewegbar ist.Switching element for manual operation, comprising a carrier element and two electrodes applied to the carrier element of a capacitive sensor element, characterized in that above the electrodes, a snap element is arranged by manually exerting an actuating force from a first, mechanically stable state into a second, mechanically unstable It can be transferred state that the snap element has an electrically conductive inner surface facing the carrier element, that the first electrode of the capacitive sensor element is electrically conductively connected to the inner surface of the snap element and that the inner surface is at least partially movable in the direction of the second electrode under the influence of the actuating force is.

Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnappelement derart von dem ersten in den zweiten Zustand überführbar ist, dass das Überführen von einem Bediener, der die Betätigungskraft mittels einer Fingerspitze auf das Schnappelement ausübt, taktil wahrnehmbar ist.Switching element according to Claim 1, characterized the snap element can be transferred from the first to the second state in this way is that convicting from an operator who the actuating force by means of a fingertip on the snap element exercised, is tactile perceptible.

Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnappelement oberhalb des Trägerelements von einem Abstandselement gehalten ist.Switching element according to Claim 1 or 2, characterized that the snap element above the support element of a spacer is held.

Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnappelement beim manuellen Ausüben der Betätigungskraft in direktem Kontakt mit dem Finger des Bedieners steht.Switching element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the snap element when manual Applying the actuating force in direct contact with the operator's finger.

Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Schnappelements ein Berührelement angeordnet ist, das beim manuellen Ausüben der Betätigungskraft in direktem Kontakt mit dem Finger des Bedieners steht und die Betätigungskraft auf das Schnappelement überträgt.Switching element according to one of claims 1 to 3, characterized in that above the snap element a Touching element is arranged, the manual exercise the actuating force in direct contact with the finger the operator stands and transmits the actuating force to the snap element.

Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche unter dem Einfluss der Betätigungskraft so weit in Richtung des Trägerelements bewegbar ist, dass sowohl ein mechanischer als auch ein elektrischer Kontakt zwischen der Innenfläche und der zweiten Elektrode hergestellt wird.Switching element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inner surface under the Influence of the actuating force so far in the direction of the support element movable is that both a mechanical and an electrical Contact between the inner surface and the second electrode will be produced.

Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenfläche und der zweiten Elektrode ein Trennelement angeordnet ist und dass die Innenfläche unter dem Einfluss der Betätigungskraft so weit in Richtung des Trägerelements bewegbar ist, dass eine Annäherung der Innenfläche und der zweiten Elektrode erfolgt, wobei das Trennelement eine leitende Verbindung von Innenfläche und zweiter Elektrode verhindert.Switching element according to one of claims 1 to 5, characterized that between the inner surface and the second electrode is disposed a separator and that the inner surface under the influence of the operating force so far in the direction of the support element is movable, that an approximation of the inner surface and the second Electrode takes place, wherein the separating element is a conductive connection prevented by inner surface and second electrode.

Verfahren zur Auswertung eines Schaltelements gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine mit den Elektroden des kapazitiven Sensorelements verbundene Auswerteschaltung ausschließlich die zwischen den Elektroden auftretende Kapazität bzw. deren Veränderung ausgewertet wird.Method for evaluating a switching element according to claim 6 or 7, characterized in that by one with the electrodes the evaluation circuit connected exclusively to the capacitive sensor element the capacity occurring between the electrodes or whose change is evaluated.

Verfahren zur Auswertung eines Schaltelements gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine mit den Elektroden des kapazitiven Sensorelements verbundene Auswerteschaltung sowohl die zwischen den Elektroden auftretende Kapazität und/oder deren Veränderung ausgewertet wird als auch der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden und/oder dessen Veränderung.Method for evaluating a switching element according to claim 6, characterized in that by a with the electrodes of the capacitive sensor element connected to both the evaluation between the electrodes occurring capacity and / or whose change is evaluated as well as the electrical Resistance between the electrodes and / or its change.

Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung geeignet ist, auf Basis der zwischen den Elektroden auftretenden Kapazität und/oder deren Veränderung zu unterscheiden zwischen einer Annäherung eines Fingers an das Schnappelement bzw. Berührelement, einer Berührung des Schnappelements bzw. Berührelements, einer Betätigung des Schnappelements bzw. Berührelements und gegebenenfalls eines Entfernens des Fingers von dem Schnappelement bzw. Berührelement.Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the evaluation circuit is suitable, based on the capacitance occurring between the electrodes and / or to distinguish between their change Approximation of a finger to the snap element or contact element, a touch of the snap element or touch element, an actuation of the snap element or contact element and optionally removing the finger from the snap element or contact element.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung geeignet ist, auf Basis der zwischen den Elektroden auftretenden Kapazität und/oder deren Veränderung unterschiedliche Geschwindigkeiten bzw. Geschwindigkeitsstufen der Annäherung des Fingers an das Schnappelement bzw. Berührelement zu erkennen und/oder unterschiedliche Geschwindigkeiten bzw. Geschwindigkeitsstufen des Entfernens des Fingers von dem Schnappelement bzw. Berührelement zu erkennen.Method according to claim 10, characterized in that that the evaluation circuit is suitable, based on the between the capacitance occurring in the electrodes and / or their change different speeds or speed levels of Approach of the finger to the snap element or contact element to recognize and / or different speeds or speed levels the removal of the finger from the snap element or contact element to recognize.