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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung, insbesondere eine multifunktionale Bedienvorrichtung, insbesondere zur Verwendung für elektronische Haushaltsgeräte.
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Für Bedienvorrichtungen sind verschiedene Arten von Bedienelementen mit unterschiedlichen Funktionsweisen bekannt. Bei den als Drucktasten ausgebildeten Bedienelementen kann man zum Beispiel zwischen berührungs- und/oder annäherungsempfindlichen Drucktasten (sog. „Touch Control“) und durch Krafteinwirkung betätigbaren Drucktasten differenzieren, die jeweils mit verschiedenen Aufbauten und Funktionsweisen realisierbar sind. Für die Erfassung des Bedienungszustandes solcher Drucktasten werden in der Praxis meist optische oder kapazitive Sensorvorrichtungen eingesetzt.
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Die
WO 2017/174097 A1 der Anmelderin offenbart eine multifunktionale Bedienvorrichtung mit einer durch Krafteinwirkung betätigbaren Drucktaste und einer optischen Sensorvorrichtung. Die Multifunktionalität wird in diesem Fall dadurch erzielt, dass die optische Sensorvorrichtung in Abhängigkeit von einem Erfassungsort der reflektierten Strahlung zwischen Betätigungen des Tastenfeldes mit unterschiedlichen Druckkräften differenzieren kann.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine multifunktionale Bedienvorrichtung zu schaffen, die insbesondere auch für nicht-metallische Bedienblenden geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Bedienvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung hat eine Deckplatte mit einer einem Benutzer zugewandten Benutzerseite und einer einem Benutzer abgewandten Rückseite, wobei die Deckplatte ein Tastenfeld definiert und in diesem Tastenfeld durch eine Krafteinwirkung von der Benutzerseite her zumindest teilweise elastisch verformbar und/oder bewegbar ist; eine kapazitive Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Bedienungszustands des Tastenfeldes; und eine Steuereinheit zum Ansteuern der Sensorvorrichtung und Auswerten der von der Sensorschaltung erzeugten Messsignale. Die kapazitive Sensorvorrichtung weist auf: eine erste Sensorelektrode, die hinter der Rückseite der Deckplatte im Bereich des Tastenfeldes angeordnet ist; eine zweite Sensorelektrode, die hinter der Rückseite der Deckplatte im Bereich des Tastenfeldes mit einem Abstand zur ersten Sensorelektrode angeordnet ist; und eine Sensorschaltung, die in einem ersten Sensormodus eine Kapazität zwischen der ersten Sensorelektrode und einem Betätigungselement eines Benutzers (z.B. Benutzerfinger) erfasst und in einem zweiten Sensormodus eine Kapazität zwischen der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode erfasst. Die Steuereinheit ist ausgestaltet, um basierend auf der von der Sensorschaltung im ersten Sensormodus erfassten Kapazität eine Berührung oder Annäherung eines Betätigungselements an das Tastenfeld zu erkennen und basierend auf der von der Sensorschaltung im zweiten Sensormodus erfassten Kapazität eine Druckbetätigung des Tastenfeldes zu erkennen.
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Die kapazitive Sensorvorrichtung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung ist relativ einfach aufgebaut und benötigt für eine Drucktaste nur zwei Elektroden, die in Richtung der Druckbetätigung des Tastenfeldes hinter der Deckplatte voneinander beabstandet sind, um wenigstens zwei unterschiedliche Bedienzustände des Tastenfeldes (Berührung und Druckbetätigung) oder vorzugsweise wenigstens drei unterschiedliche Bedienzustände des Tastenfeldes (Annäherung und Berührung und Druckbetätigung) zu erkennen. Den erkennbaren unterschiedlichen Bedienzuständen können dann - je nach Anwendung - verschiedene entsprechende Funktionen (z.B. sichtbare Markierung des Tastenfeldes, Auswahl eines Parameters, Einstellen eines Parameterwertes, Bestätigung einer Auswahl oder Einstellung, etc.) zugeordnet sein.
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Bei der Deckplatte handelt es sich vorzugsweise um eine Bedienblende zum Beispiel eines elektronischen Haushaltsgeräts. Die Deckplatte ist zumindest im Bereich des Tastenfeldes vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, bevorzugt aus einem nicht-metallischen Material gefertigt. Die Deckplatte dient so im ersten Sensormodus der kapazitiven Sensorschaltung im Bereich des Tastenfeldes als Dielektrikum zwischen der ersten Sensorelektrode und dem Betätigungselement.
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Das Tastenfeld ist vorzugsweise einstückig mit der Deckplatte ausgebildet, als separate Komponente in die Deckplatte eingesetzt oder als separate Komponente mit der Deckplatte verbunden. Das Tastenfeld definiert für den Benutzer die Drucktaste der Bedienvorrichtung, die er/sie durch eine Berührung und durch eine Krafteinwirkung betätigen kann. Das Tastenfeld ist vorzugsweise für den Benutzer kenntlich gemacht, bevorzugt durch eine spezielle Formgebung seiner Benutzerseite (haptische Kennzeichnung), eine Kennzeichnung mit Farben und/oder Symbolen, eine Hinterleuchtung, eine erkennbare Abgrenzung zur übrigen Deckplatte und dergleichen.
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Die Deckplatte ist im Bereich des Tastenfeldes durch eine Krafteinwirkung von der Benutzerseite der Abdeckplatte her zumindest teilweise elastisch verformbar und/oder bewegbar. Die elastische Verformbarkeit wird vorzugsweise durch eine spezielle Materialauswahl und/oder eine spezielle Dimensionierung der Deckplatte in diesem Bereich erzielt. Die elastische Bewegbarkeit kann vorzugsweise durch eine gefederte Lagerung des Tastenfeldes in einer Durchbrechung in der Deckplatte realisiert sein.
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Die Sensorschaltung kann in einem ersten Sensormodus und in einem zweiten Sensormodus betrieben werden. Im ersten Sensormodus, der auch als „Self Capacitance Mode“ bezeichnet werden kann, erfasst sie eine Kapazität zwischen der ersten Sensorelektrode und einem Betätigungselement eines Benutzers (z.B. Benutzerfinger), die vom Abstand zwischen dem Betätigungselement und dem Tastenfeld bzw. der ersten Sensorelektrode abhängt. Im zweiten Sensormodus, der auch als „Mutual Capacitance Mode“ bezeichnet werden kann, erfasst sie eine Kapazität zwischen der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode, die vom Abstand zwischen den beiden Sensorelektroden abhängt, der durch die Krafteinwirkung auf das Tastenfeld verringert wird. Der jeweilige Sensormodus wird von der Sensorschaltung basierend auf einer entsprechenden Ansteuerung von der Steuereinheit ausgewählt.
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Die Sensorschaltung enthält zum Erfassen der Kapazität im ersten oder zweiten Sensormodus eine Kapazitätsmessvorrichtung. Die Erfindung ist in diesem Zusammenhang auf keine spezielle Kapazitätsmessvorrichtung beschränkt, es können grundsätzlich beliebige Kapazitätsmessvorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise können die Kapazitäten nach dem Entladeprinzip ermittelt werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung erfasst die Sensorschaltung im ersten Sensormodus die Kapazität zwischen der ersten Sensorelektrode und einem Betätigungselement qualitativ, sodass die Steuereinheit basierend auf der von der Sensorschaltung im ersten Sensormodus erfassten Kapazität zwischen einer Berührung und einer Annäherung an das Tastenfeld differenzieren kann. Bei dieser Ausgestaltung können einer Annäherung an das Tastenfeld und einer Berührung des Tastenfeldes verschiedene Bedienungsfunktionalitäten zugeordnet werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung erfasst die Sensorschaltung im zweiten Sensormodus die Kapazität zwischen der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode qualitativ, sodass die Steuereinheit basierend auf der von der Sensorschaltung im zweiten Sensormodus erfassten Kapazität zwischen wenigstens zwei Druckkräften auf das Tastenfeld differenzieren kann. Bei dieser Ausgestaltung können einer Betätigung des Tastenfeldes mit unterschiedlichen Krafteinwirkungen zwei oder mehr verschiedene Bedienungsfunktionalitäten zugeordnet werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ausgestaltet, um die Sensorschaltung nach einem Erkennen einer Berührung oder Annäherung an das Tastenfeld im ersten Sensormodus in den zweiten Sensormodus umzuschalten. So kann ein Benutzer zum Beispiel durch Berühren des Tastenfeldes zum Beispiel die Drucktaste aktivieren oder eine Menüauswahl treffen oder einen Parameterwert eingeben und dann durch Druck auf das Tastenfeld zum Beispiel eine Eingabe tätigen oder bestätigen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung setzt die Sensorschaltung im ersten Sensormodus die erste Sensorelektrode und die zweite Sensorelektrode auf das gleiche Spannungsniveau. Die Sensorschaltung wird hierzu vorzugsweise von der Steuereinheit entsprechend angesteuert. Durch Setzen der zweiten Sensorelektrode auf das gleiche Spannungsniveau wie die erste Sensorelektrode bewirkt die zweite Sensorelektrode eine Abschirmung und vermeidet Einflüsse von Kapazitäten zwischen den beiden Sensorelektroden auf die Messsignale der Sensorschaltung im ersten Sensormodus, sodass die Erkennung einer Annäherung oder Berührung an das Tastenfeld zuverlässiger erfolgt.
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Die erste Sensorelektrode ist bevorzugt an der Rückseite der Deckplatte befestigt, vorzugsweis mittels einer Klebeverbindung. Alternativ ist die Sensorelektrode auf der Rückseite der Deckplatte gedruckt.
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Die kapazitive Sensorvorrichtung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung kann optional ferner eine Elektrodenerweiterung aufweisen, die außerhalb des Bereichs des Tastenfeldes hinter der Rückseite der Deckplatte angeordnet ist und mit der ersten Sensorelektrode elektrisch leitend verbunden ist. Die Elektrodenerweiterung vergrößert die Sensorfläche der ersten Sensorelektrode, sodass im ersten Sensormodus der Sensorschaltung der Bereich erweitert wird, in dem eine Annäherung an das Tastenfeld erkennbar ist. Die Elektrodenerweiterung verläuft vorzugsweise ringförmig um die erste Sensorelektrode. Im Fall einer kreisförmigen ersten Sensorelektrode ist die Elektrodenerweiterung beispielsweise kreisringförmig ausgebildet. Alternativ zur Kreisform kann jede andere geometrische Form ausgebildet sein, z.B. als Ellipse, Dreieck, Viereck, Mehreck, etc.
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Die Bedienvorrichtung weist bevorzugt ferner eine Trägerplatte (vorzugsweise in Form einer Leiterplatte) auf, die hinter der Rückseite der Deckplatte mit einem Abstand zur Deckplatte und vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Deckplatte angeordnet ist. Die zweite Sensorelektrode ist vorzugsweise auf einer der Deckplatte zugewandten Seite dieser Trägerplatte montiert. Die erste Sensorelektrode ist vorzugsweise mit dieser Leiterplatte elektrisch leitend verbunden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Bedienvorrichtung ferner einen formstabilen Abstandhalter auf, der in einem Bereich außerhalb des Tastenfeldes zwischen der Deckplatte und der Trägerplatte angeordnet ist. Der Abstandhalter begrenzt insbesondere eine elastische Verformung der Deckplatte auf den Bereich des Tastenfeldes. Im Fall einer Bedienvorrichtung mit mehreren Drucktasten können die benachbarten Tastenfelder durch den Abstandhalter voneinander getrennt werden, um eine eindeutige Zuordnung zu gewährleisten, welche der Drucktasten vom Benutzer mit Krafteinwirkung betätigt wird. Der Abstandhalter kann zum Beispiel integral mit der Trägerplatte oder der Deckplatte ausgebildet sein oder an diesen zum Beispiel mittels Klebeverbindung befestigt sein.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Bedienvorrichtung ferner eine Anzeigevorrichtung auf und ist die Steuereinheit ausgestaltet, um die Anzeigevorrichtung in Abhängigkeit von dem erkannten Bedienungszustand des Tastenfeldes anzusteuern. Vorzugsweise ist die Deckplatte im Bereich des Tastenfeldes zumindest teilweise lichtdurchlässig und weist die Anzeigevorrichtung wenigstens ein Leuchtmittel (z.B. ein oder mehrere LEDs) auf, das hinter der Rückseite der Deckplatte im Bereich des Tastenfeldes angeordnet ist, wobei die Steuereinheit einen Betriebszustand des wenigstens einen Leuchtmittels in Abhängigkeit von dem erkannten Bedienungszustand des Tastenfeldes steuert. Mit dieser Ausgestaltung kann zum Beispiel das Tastenfeld durch Einschalten des Leuchtmittels hinterleuchtet werden, wenn die Sensorschaltung im ersten Sensormodus eine Annäherung an das Tastenfeld erfasst, um dem Benutzer das Tastenfeld optisch zu markieren, sodass der Benutzer das Tastenfeld besser erkennen kann. Wenn die Sensorschaltung danach im ersten Sensormodus eine Berührung des Tastenfeldes erfasst, können zum Beispiel die Lichtstärke und/oder die Farbe des Leuchtmittels verändert werden, um den Benutzer zu informieren, dass die Sensorschaltung nun in den zweiten Sensormodus umgeschaltet ist und er/sie die Drucktaste mittels Krafteinwirkung betätigen kann, um eine weitere Funktionalität zu nutzen. Bei dieser Ausgestaltung ist der Abstandhalter vorzugsweise lichtundurchlässig, um die Hinterleuchtung auf ein jeweiliges Tastenfeld zu begrenzen. Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Hinterleuchtung des Tastenfeldes kann die Bedienvorrichtung auch andere Anzeigevorrichtungen wie zum Beispiel Displays oder einzelne Signalleuchten aufweisen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung hat die Bedienvorrichtung mehrere Drucktasten. In diesem Fall definiert die Deckplatte vorzugsweise mehrere Tastenfelder und weist die Bedienvorrichtung vorzugsweise eine gemeinsame kapazitive Sensorvorrichtung zum Erfassen der Bedienungszustände der mehreren Tastenfelder auf. Bei dieser Ausgestaltung weist die gemeinsame kapazitive Sensorvorrichtung vorzugsweise mehrere erste Sensorelektroden jeweils im Bereich eines der mehreren Tastenfelder und eine gemeinsame zweite Sensorelektrode im Bereich aller Tastenfelder sowie eine gemeinsame Sensorschaltung auf. Durch die Verwendung einer gemeinsamen zweiten Sensorelektrode und einer gemeinsamen Sensorschaltung kann die Anzahl der benötigten Komponenten zum Aufbau von mehreren Drucktasten reduziert werden. Die gemeinsame Sensorschaltung weist vorzugsweise wenigstens eine Schalteinheit (z.B. Multiplexer) auf, um im ersten Sensormodus zwischen den mehreren ersten Sensorelektroden umzuschalten und im zweiten Sensormodus zwischen den mehreren ersten Sensorelektroden umzuschalten.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Bedienvorrichtung auch mehrere Drucktasten aufweisen, die jeweils eine erste Sensorelektrode, eine eigene zweite Sensorelektrode und eine eigene Sensorschaltung haben. Außerdem können diese beiden Varianten auch kombiniert werden. D.h. es können zum Beispiel mehrere Drucktasten gruppenweise gemeinsame zweite Sensorelektroden und gemeinsame Sensorschaltungen aufweisen oder die Bedienvorrichtung kann zum Beispiel ein oder mehrere Drucktastengruppen und zudem ein oder mehrere einzelne Drucktasten aufweisen.
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Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein elektronisches Haushaltsgerät mit wenigstens einer oben beschriebenen Bedienvorrichtung der Erfindung.
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Bei dem elektronischen Gerät handelt es sich vorzugsweise um ein elektronisches Haushaltsgerät wie ein Wäschebehandlungsgerät (Waschmaschine, Wäschetrockner, etc.), eine Spülmaschine, ein Kühl- und/oder Gefriergerät (Kühlschrank, Gefriertruhe, etc.), ein Kochfeld, einen Herd, einen Mikrowellenofen, einen Dunstabzug oder dergleichen. Weiter handelt es sich bei dem elektronischen Gerät um ein Klimagerät oder ein Gerät, dass in einem Flugzeug, einem Nutzfahrzeug, einem Automobil, einem LKW, einem schienengebundenen Fahrzeug, einem Schiff einsetzbar ist.
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Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
- 1 eine Schnittansicht einer Bedienvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2A einen Schaltplan einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Bedienvorrichtung von 1 mit einer Sensorschaltung im ersten Schaltzustand eines ersten Sensormodus;
- 2B einen Schaltplan der Sensorvorrichtung von 2A mit der Sensorschaltung im zweiten Schaltzustand des ersten Sensormodus;
- 3 einen Schaltplan der Sensorvorrichtung von 2A und 2B mit der Sensorschaltung im Schaltzustand des zweiten Sensormodus;
- 4 eine Schnittansicht einer Bedienvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 eine perspektivische Explosionsansicht der Bedienvorrichtung von 5;
- 6A einen Schaltplan einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Bedienvorrichtung von 4 mit einer Sensorschaltung im ersten Schaltzustand eines ersten Sensormodus für das erste Tastenfeld;
- 6B einen Schaltplan der Sensorvorrichtung von 6A mit der Sensorschaltung im zweiten Schaltzustand des ersten Sensormodus für das erste Tastenfeld;
- 7A einen Schaltplan der Sensorvorrichtung von 6A und 6B mit der Sensorschaltung im Schaltzustand des zweiten Sensormodus für das erste Tastenfeld; und
- 7B einen Schaltplan der Sensorvorrichtung von 6A und 6B mit der Sensorschaltung im Schaltzustand des zweiten Sensormodus für das zweite Tastenfeld.
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Bezugnehmend auf 1 bis 3 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung mit einer Drucktaste näher beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, hat die Bedienvorrichtung eine nicht-metallische Deckplatte (z.B. Bedienblende aus Kunststoff oder Glaskeramik) 10 mit einer einem Benutzer zugewandten Benutzerseite 10a (oben in 1) und einer einem Benutzer abgewandten Rückseite 10b (unten in 1). Die Deckplatte 10 definiert ein Tastenfeld 11 einer Drucktaste, in dessen Bereich die Deckplatte durch eine Krafteinwirkung von der Benutzerseite 10a her elastisch verformbar ist.
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Zum Erfassen eines Bedienungszustandes des Tastenfeldes 11 ist eine kapazitive Sensorvorrichtung 12 vorgesehen, die in 1 bis 3 veranschaulicht ist. Diese kapazitive Sensorvorrichtung 12 weist eine erste Sensorelektrode 14 auf, die im Bereich des Tastenfeldes 11 an der Rückseite 10b der Deckplatte 10 befestigt, z.B. angeklebt ist. Die kapazitive Sensorvorrichtung 12 weist ferner eine zweite Sensorelektrode 16 auf, die im Bereich des Tastenfeldes 11 hinter der Rückseite 10b der Deckplatte 10 mit Abstand zur ersten Sensorelektrode 14 angeordnet ist. Die zweite Sensorelektrode 16 ist insbesondere auf einer als Trägerplatte dienenden Leiterplatte 18 montiert, die mit Abstand und im Wesentlichen parallel zur Deckplatte 10 positioniert ist. Die erste Sensorelektrode 14 ist über eine elektrische Verbindung (z.B. Drahtleitung, elektrisch leitfähiger Kleber, etc.) 19 mit der Leiterplatte 18 elektrisch leitend verbunden. Auf der Leiterplatte 18 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel auch die Sensorschaltung 22 der kapazitiven Sensorvorrichtung 12 und die Steuereinheit 32.
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Wie in 1 dargestellt, weist die Bedienvorrichtung ferner einen oder mehrere formstabile Abstandhalter 20 auf, die außerhalb des Bereichs des Tastenfeldes 11 auf der Trägerplatte 18 angeordnet und mit der Deckplatte 10 verbunden sind. Diese Abstandhalter 20 begrenzen die Verformung der Deckplatte 10 bei einer Krafteinwirkung von der Benutzerseite 10a her auf den Bereich des Tastenfeldes 11. Die Abstandhalter 20 umschließen den Bereich des Tastenfeldes 11 und die beiden Sensorelektroden 14, 16 zum Beispiel ringförmig.
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Wie in 1 veranschaulicht, enthält die Bedienvorrichtung optional eine Elektrodenerweiterung 15, die außerhalb des Bereichs des Tastenfeldes 11 an der Rückseite 10b der Deckplatte 10 befestigt ist. Die Elektrodenerweiterung 15 kann mit der ersten Sensorelektrode 14 elektrisch leitend verbunden sein und vergrößert so die Sensorfläche für das Erfassen einer Annäherung an das Tastenfeld 11.
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In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform ist erste Sensorelektrode 14 von der Elektrodenerweiterung 15 separiert. Sowohl die erste Sensorelektrode 14 als auch die Elektrodenerweiterung 15 ist jeweils über eine elektrische Verbindung (z.B. Drahtleitung, elektrisch leitfähiger Kleber, etc.) 19 mit der Leiterplatte 18 elektrisch leitend verbunden. Die erste Sensorelektrode 14 und die Elektrodenerweiterung 15 sind mittels des Steuerelements 32 elektrisch miteinander verbunden. Auf diese Weise ist das Erfassen einer Betätigung der Sensorvorrichtung 12 in einem „Mutual Capacitance Mode“ möglich.
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Die Bedienvorrichtung kann ferner ein oder mehrere Leuchtmittel (z.B. LEDs) 34 als Anzeigevorrichtung aufweisen. Die Leuchtmittel 34 sind im Bereich des Tastenfeldes 11 auf der Leiterplatte 18 montiert, um die Deckplatte 10 bzw. deren Tastenfeld 11 zu hinterleuchten. Bei dieser Ausführungsform ist die Deckplatte 10 im Bereich des Tastenfeldes 11 zumindest teilweise lichtdurchlässig. In dem Ausführungsbeispiel von 1 sind die beiden Sensorelektroden 14, 16 etwas kleiner bemessen als das Tastenfeld 11 und sind die Leuchtmittel 34 neben der zweiten Sensorelektrode 16 auf der Leiterplatte 18 montiert, sodass die Anzeigevorrichtung die Form einer ringförmigen optischen Markierung des Tastenfeldes 11 hat.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leuchtmittel 34 innerhalb des Tastenfeldes 11 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Elektrode 14 und/oder die zweite Elektrode 16 wenigstens eine Aussparung auf, durch die Licht leitbar ist oder in der ein Leuchtmittel 34 positionierbar ist. In einer Modifizierung dieses Ausführungsbeispiels ist die erste Sensorelektrode 14 lichtdurchlässig.
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Aufbau und Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der Sensorschaltung 22 werden nun anhand 2 und 3 näher erläutert. Dabei zeigen 2A und 2B einen Schaltplan der Sensorvorrichtung 12 mit der Sensorschaltung 22 in zwei Schaltzuständen eines ersten Sensormodus und zeigt 3 den Schaltplan der Sensorvorrichtung 12 mit der Sensorschaltung 22 im Schaltzustand eines zweiten Sensormodus.
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Die Sensorschaltung 22 ist mit Masse verbunden und hat eine Spannungsquelle 23 und eine Kapazitätsmessvorrichtung 24. Die Sensorschaltung 22 hat in diesem Ausführungsbeispiel außerdem eine erste Schalteinheit 25 mit einem ersten Schalter 26 zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Spannungsversorgung 23 mit bzw. von der ersten Sensorelektrode 14 und einem zweiten Schalter 27 zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Spannungsversorgung 23 mit bzw. von der zweiten Sensorelektrode 16 sowie eine zweite Schalteinheit 28 mit einem ersten Schalter 29 zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Kapazitätsmessvorrichtung 24 mit bzw. von der ersten Sensorelektrode 14 und einem zweiten Schalter 30 zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Kapazitätsmessvorrichtung 24 mit bzw. von der zweiten Sensorelektrode 16. Die beiden Schalteinheiten 25 und 28 sind zum Beispiel Multiplexer.
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2A und 2B zeigen die Schaltzustände der beiden Schalteinheiten 25, 28 in einem ersten Sensormodus der Sensorschaltung, der auch als „Self Capacitance Mode“ bezeichnet werden kann und mit dem die Sensorschaltung 22 eine Annäherung oder Berührung des Tastenfeldes 11 erfassen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitet die Kapazitätsmessvorrichtung 24 beispielhaft nach einem Entladeprinzip.
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Im ersten Schaltzustand von 2A des ersten Sensormodus sind die beiden Schalter 26, 27 der ersten Schalteinheit 25 geschlossen und sind die beiden Schalter 29, 30 der zweiten Schalteinheit 28 geöffnet. In diesem Schaltzustand werden die erste Sensorelektrode 14 und die zweite Sensorelektrode 16 von der Spannungsquelle 23 auf das gleiche Spannungsniveau geladen. Im zweiten Schaltzustand von 2B des ersten Sensormodus sind die beiden Schalter 26, 27 der ersten Schalteinheit 25 geöffnet und ist der erste Schalter 29 der zweiten Schalteinheit 28 geschlossen, während der zweite Schalter 30 der zweiten Schalteinheit 28 geöffnet bleibt. In diesem Schaltzustand entlädt sich die erste Sensorelektrode 14. Eine entsprechende Ansteuerung der Sensorschaltung 22 erfolgt durch die Steuereinheit 32. Analog gilt dies wenn erste Schalter 29 der zweiten Schalteinheit 28 geöffnet ist, während der zweite Schalter 30 der zweiten Schalteinheit 28 geschlossen bleibt.
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Das Entladen (Entladestrom, Entladezeit, etc.) der ersten Sensorelektrode 14 hängt von der Kapazität C1, C2 zwischen der ersten Sensorelektrode 14 und einem Betätigungselement 31 eines Benutzers (z.B. Benutzerfinger) ab, da das Betätigungselement 31 und die erste Sensorelektrode 14 beide mit Masse verbunden sind, und wird von der Kapazitätsmessvorrichtung 24 der Sensorschaltung 22 erfasst, um daraus den Kapazitätswert C1, C2 zu ermitteln. Der Kapazitätswert C1, C2 zwischen dem Betätigungselement 31 und der ersten Sensorelektrode 14 hängt vom Abstand zwischen ihnen ab, sodass die Steuereinheit 34 basierend auf der von der Sensorschaltung 22 bzw. ihrer Kapazitätsmessvorrichtung 24 erfassten Kapazität C1, C2 in diesem ersten Sensormodus differenziert erkennen kann, ob ein Betätigungselement 31 an das Tastenfeld 11 angenähert wird (Kapazitätswert C1) oder ob ein Betätigungselement 31 das Tastenfeld 11 berührt (Kapazitätswert C2).
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Nach dem Erkennen einer Annäherung an das Tastenfeld 11 kann die Steuereinheit 34 zum Beispiel die Leuchtmittel 34 einschalten, um das Tastenfeld 11 zu hinterleuchten (z.B. ringförmig oder ein Symbol) und so für den Benutzer kenntlicher zu machen. Nach dem Erkennen einer Berührung des Tastenfeldes 11 kann die Steuereinheit 34 zum Beispiel die Lichtstärke und/oder die Farbe der Leuchtmittel 34 verändern, um dem Benutzer zu zeigen, dass er nun auf das Tastenfeld 11 drücken kann/soll. Außerdem steuert die Steuereinheit 32 die Sensorschaltung 22 dann so an, dass diese in den zweiten Sensormodus wechselt.
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3 zeigt den Schaltzustand der beiden Schalteinheiten 25, 28 im zweiten Sensormodus der Sensorschaltung 22, der auch als „Mutual Capacitance Mode“ bezeichnet werden kann und mit dem die Sensorschaltung 22 eine Krafteinwirkung auf das Tastenfeld 11 erfassen kann.
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Im zweiten Sensormodus ist der erste Schalter 26 der ersten Schalteinheit 25 geöffnet, ist der zweite Schalter 27 der ersten Schalteinheit 25 geschlossen, ist der erste Schalter 29 der zweiten Schalteinheit 28 geschlossen, und ist der zweite Schalter 30 der zweiten Schalteinheit 28 geöffnet. In diesem Schaltzustand sind die erste Sensorelektrode 14 und die zweite Sensorelektrode 16 über die Kapazitätsmessvorrichtung 24 miteinander verbunden, sodass die Kapazitätsmessvorrichtung 24 die Kapazität C3 zwischen den beiden Sensorelektroden 14, 16 erfassen kann. Der Kapazitätswert C3 hängt dabei vom Abstand zwischen den beiden Sensorelektroden 14, 16 ab, sodass die Steuereinheit 34 basierend auf der von der Sensorschaltung 22 bzw. ihrer Kapazitätsmessvorrichtung 24 erfassten Kapazität C3 in diesem zweiten Sensormodus eine die Deckplatte 10 verformende Krafteinwirkung oder bevorzugt auch unterschiedliche Krafteinwirkungen differenziert erkennen kann.
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Beim Erkennen einer Druckbetätigung des Tastenfeldes 11 kann die Steuereinheit 34 zum Beispiel ein Display ansteuern, um dem Benutzer beispielsweise einen aktuell ausgewählten Parameterwert anzuzeigen. Beim Erkennen einer stärken Druckbetätigung des Tastenfeldes 11 kann die Steuereinheit 34 dies beispielsweise als Bestätigung eines aktuell ausgewählten Parameterwertes werten.
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Bezugnehmend auf 4 bis 7 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung mit mehreren Drucktasten näher beschrieben.
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Wie in 4 und 5 dargestellt, hat die Bedienvorrichtung eine nicht-metallische Deckplatte (z.B. Bedienblende aus Kunststoff oder Glaskeramik) 10 mit einer einem Benutzer zugewandten Benutzerseite 10a (oben in 4) und einer einem Benutzer abgewandten Rückseite 10b (unten in 4). Die Deckplatte 10 definiert mehrere Tastenfelder 11n mehrerer (in 4 zwei, in 5 drei) Drucktasten, in deren Bereichen die Deckplatte 10 jeweils durch eine Krafteinwirkung von der Benutzerseite 10a her elastisch verformbar ist.
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Zum Erfassen der Bedienungszustände der Tastenfelder 11n ist eine kapazitive Sensorvorrichtung 12 vorgesehen, die in 4 bis 7 veranschaulicht ist. Diese kapazitive Sensorvorrichtung 12 weist eine erste Sensorelektrode 14a, die im Bereich des Tastenfeldes 11a an der Rückseite 10b der Deckplatte 10 befestigt, z.B. angeklebt ist, und eine erste Sensorelektrode 14b, die im Bereich des Tastenfeldes 11b an der Rückseite 10b der Deckplatte 10 befestigt, z.B. angeklebt ist, auf. D.h. für jedes der mehreren Tastenfelder 11n ist eine erste Sensorelektrode 14n hinter der Deckplatte 10 vorgesehen. Die kapazitive Sensorvorrichtung 12 weist ferner eine zweite Sensorelektrode 16 auf, die im Bereich über alle der mehreren Tastenfelder 11n hinweg hinter der Rückseite 10b der Deckplatte 10 mit Abstand zu den ersten Sensorelektroden 14n angeordnet ist. Die zweite Sensorelektrode 16 ist auf einer als Trägerplatte dienenden Leiterplatte 18 montiert, die mit Abstand und im Wesentlichen parallel zur Deckplatte 10 positioniert ist. Die ersten Sensorelektroden 14n sind über elektrische Verbindungen (z.B. Drahtleitung, elektrisch leitfähiger Kleber, etc.) 19 mit der Leiterplatte 18 elektrisch leitend verbunden. Auf der Leiterplatte 18 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel auch die gemeinsame Sensorschaltung 22 der kapazitiven Sensorvorrichtung 12 und die Steuereinheit 32.
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Wie in 4 und 5 dargestellt, weist die Bedienvorrichtung ferner einen oder mehrere formstabile Abstandhalter 20 auf, die außerhalb der Bereiche der Tastenfelder 11n auf der Trägerplatte 18 angeordnet und mit der Deckplatte 10 verbunden sind, um die mehreren Tastenfelder 11n zu separieren. Diese Abstandhalter 20 begrenzen die Verformung der Deckplatte 10 bei einer Krafteinwirkung von der Benutzerseite 10a her auf den Bereichen der Tastenfelder 11n. Wie in 5 beispielhaft veranschaulicht, können die Abstandhalter 20 durch eine formstabile Platte gebildet sein, die mehrere Durchbrechungen in den Bereichen der Tastenfelder 11n aufweist und auch Durchgangslöcher für die elektrischen Verbindungen 19 der ersten Sensorelektroden 14n zur Leiterplatte 18 aufweist.
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Analog zum ersten Ausführungsbeispiel von 1, kann die Bedienvorrichtung optional auch Elektrodenerweiterungen 15n aufweisen, die außerhalb der Bereiche der Tastenfelder 11n an der Rückseite 10b der Deckplatte 10 befestigt sind und die mit den jeweiligen ersten Sensorelektroden 14n elektrisch leitend verbunden sind, um so die Sensorflächen für das Erfassen einer Annäherung an das jeweilige Tastenfeld 11n z vergrößern.
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Die Bedienvorrichtung kann ferner ein oder mehrere Leuchtmittel (z.B. LEDs) 34 als Anzeigevorrichtung aufweisen. Die Leuchtmittel 34 sind im Bereich der Tastenfelder 11n auf der Leiterplatte 18 montiert, um die Deckplatte 10 bzw. deren Tastenfelder 11n zu hinterleuchten. Bei dieser Ausführungsform ist die Deckplatte 10 in den Bereichen der Tastenfelder 11 zumindest teilweise lichtdurchlässig.
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Aufbau und Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der Sensorschaltung 22 für diese Bedienvorrichtung mit mehreren Drucktasten werden nun anhand 6 und 7 näher erläutert. Dabei zeigen 6A und 6B einen Schaltplan der Sensorvorrichtung 12 mit der Sensorschaltung 22 in zwei Schaltzuständen eines ersten Sensormodus für das erste Tastenfeld 11a und zeigen 7A und 7B den Schaltplan der Sensorvorrichtung 12 mit der Sensorschaltung 22 im Schaltzustand eines zweiten Sensormodus für das erste Tastenfeld 11a bzw. das zweite Tastenfeld 11b.
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Die Sensorschaltung 22 ist mit Masse verbunden und hat eine Spannungsquelle 23 und eine Kapazitätsmessvorrichtung 24. Die Sensorschaltung 22 hat in diesem Ausführungsbeispiel außerdem eine erste Schalteinheit 25 mit einem ersten Schalter 26a zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Spannungsversorgung 23 mit bzw. von der ersten Sensorelektrode 14a für das Tastenfeld 11a der linken Drucktaste, einem ersten Schalter 26b zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Spannungsversorgung 23 mit bzw. von der ersten Sensorelektrode 14b für das Tastenfeld 11b der rechten Drucktaste und einem zweiten Schalter 27 zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Spannungsversorgung 23 mit bzw. von der zweiten Sensorelektrode 16. Ferner hat die Sensorschaltung 22 in diesem Ausführungsbeispiel eine zweite Schalteinheit 28 mit einem ersten Schalter 29a zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Kapazitätsmessvorrichtung 24 mit bzw. von der ersten Sensorelektrode 14a für das Tastenfeld 11a der linken Drucktaste, einem ersten Schalter 29b zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Kapazitätsmessvorrichtung 24 mit bzw. von der ersten Sensorelektrode 14b für das Tastenfeld 11b der rechten Drucktaste und einem zweiten Schalter 30 zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der Kapazitätsmessvorrichtung 24 mit bzw. von der zweiten Sensorelektrode 16. Die beiden Schalteinheiten 25 und 28 sind zum Beispiel Multiplexer.
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6A und 2B zeigen Schaltzustände der beiden Schalteinheiten 25, 28 in einem ersten Sensormodus der Sensorschaltung 22, der auch als „Self Capacitance Mode“ bezeichnet werden kann und mit dem die Sensorschaltung 22 eine Annäherung oder Berührung der Tastenfelder 11n erfassen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitet die Kapazitätsmessvorrichtung 24 beispielhaft nach einem Entladeprinzip.
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Im Schaltzustand von 6A des ersten Sensormodus sind alle Schalter 26a, 26b, 27 der ersten Schalteinheit 25 geschlossen und sind alle Schalter 29a, 29b, 30 der zweiten Schalteinheit 28 geöffnet. In diesem Schaltzustand werden die ersten Sensorelektroden 14n und die gemeinsame zweite Sensorelektrode 16 von der Spannungsquelle 23 alle auf das gleiche Spannungsniveau geladen. Im Schaltzustand von 6B des ersten Sensormodus sind alle Schalter 26a, 26b, 27 der ersten Schalteinheit 25 geöffnet und ist der erste Schalter 29a der zweiten Schalteinheit 28 geschlossen, während der erste Schalter 29b und der zweite Schalter 30 der zweiten Schalteinheit 28 geöffnet bleiben. In diesem Schaltzustand entlädt sich die erste Sensorelektrode 14a der linken Drucktaste. Zum Entladen der ersten Sensorelektrode 14b der rechten Drucktaste werden dann im Vergleich zum Schaltzustand von 6B der erste Schalter 29a der zweiten Schalteinheit 28 geöffnet und der erste Schalter 29b der zweiten Schalteinheit 28 geschlossen, während der zweite Schalter 30 der zweiten Schalteinheit 28 geöffnet bleibt (nicht dargestellt). Eine entsprechende Ansteuerung der Sensorschaltung 22 erfolgt durch die Steuereinheit 32.
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Bei mehr als zwei Drucktasten haben die beiden Schalteinheiten 25, 28 eine entsprechend größere Anzahl an ersten Schaltern 26n bzw. 29n und werden nacheinander alle ersten Sensorelektroden 14n der verschiedenen Drucktasten durch aufeinander folgendes Schließen der jeweiligen ersten Schalter 29n der zweiten Schalteinheit 28 entladen.
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Das Entladen (Entladestrom, Entladezeit, etc.) der ersten Sensorelektroden 14n hängt von der Kapazität C1, C2 zwischen der jeweiligen ersten Sensorelektrode 14n und einem Betätigungselement 31 eines Benutzers (z.B. Benutzerfinger) ab, da das Betätigungselement 31 und die ersten Sensorelektroden 14 alle mit Masse verbunden sind, und wird von der Kapazitätsmessvorrichtung 24 der Sensorschaltung 22 erfasst, um daraus die Kapazitätswerte C1, C2 für die verschiedenen Drucktasten zu ermitteln. Die Kapazitätswerte C1, C2 zwischen dem Betätigungselement 31 und den ersten Sensorelektroden 14n hängen vom Abstand zwischen ihnen ab, sodass die Steuereinheit 34 basierend auf den von der Sensorschaltung 22 bzw. ihrer Kapazitätsmessvorrichtung 24 erfassten Kapazitäten C1, C2 in diesem ersten Sensormodus differenziert erkennen kann, ob ein Betätigungselement 31 an das jeweilige Tastenfeld 11n angenähert wird (Kapazitätswert C1) oder ob ein Betätigungselement 31 das jeweilige Tastenfeld 11n berührt (Kapazitätswert C2).
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Nach dem Erkennen einer Annäherung an eines der mehreren Tastenfelder 11n kann die Steuereinheit 34 zum Beispiel die Leuchtmittel 34 einschalten, um das jeweilige Tastenfeld 11n oder alle Tastenfelder 11n zu hinterleuchten (z.B. ringförmig oder ein Symbol) und so für den Benutzer kenntlicher zu machen. Nach dem Erkennen einer Berührung eines der mehreren Tastenfelder 11n kann die Steuereinheit 34 zum Beispiel die Lichtstärke und/oder die Farbe der Leuchtmittel 34 verändern, um dem Benutzer zu zeigen, dass er nun auf das jeweilige Tastenfeld 11n drücken kann/soll. Außerdem steuert die Steuereinheit 32 die Sensorschaltung 22 dann so an, dass diese in den zweiten Sensormodus wechselt.
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7A und 7B zeigen die Schaltzustände der beiden Schalteinheiten 25, 28 im zweiten Sensormodus der Sensorschaltung 22, der auch als „Mutual Capacitance Mode“ bezeichnet werden kann und mit dem die Sensorschaltung 22 eine Krafteinwirkung auf die Tastenfelder 11n erfassen kann, für die linke Drucktaste (7A) und für die rechte Drucktaste (7B).
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Im zweiten Sensormodus sind die ersten Schalter 26a, 26b der ersten Schalteinheit 25 geöffnet, ist der zweite Schalter 27 der ersten Schalteinheit 25 geschlossen, ist einer der ersten Schalter 29a, 29b der zweiten Schalteinheit 28 geschlossen, und ist der zweite Schalter 30 der zweiten Schalteinheit 28 geöffnet. In diesem Schaltzustand sind jeweils eine der ersten Sensorelektrode 14a, 14b und die zweite Sensorelektrode 16 über die Kapazitätsmessvorrichtung 24 miteinander verbunden, sodass die Kapazitätsmessvorrichtung 24 die Kapazität C3a, C3b zwischen den jeweiligen Sensorelektroden 14a, 16 bzw. 14b, 16 erfassen kann. Der Kapazitätswert C3a, C3b hängt dabei vom Abstand zwischen den beiden Sensorelektroden 14a/b, 16 ab, sodass die Steuereinheit 34 basierend auf der von der Sensorschaltung 22 bzw. ihrer Kapazitätsmessvorrichtung 24 erfassten Kapazität C3a, C3b in diesem zweiten Sensormodus eine die Deckplatte 10 im Bereich des jeweiligen Tastenfeldes 11n verformende Krafteinwirkung oder bevorzugt auch unterschiedliche Krafteinwirkungen differenziert erkennen kann.
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Beim Erkennen einer Druckbetätigung des jeweiligen Tastenfeldes 11n kann die Steuereinheit 34 zum Beispiel ein Display ansteuern, um dem Benutzer beispielsweise einen aktuell ausgewählten Parameterwert anzuzeigen. Beim Erkennen einer stärken Druckbetätigung des jeweiligen Tastenfeldes 11n kann die Steuereinheit 34 dies beispielsweise als Bestätigung eines aktuell ausgewählten Parameterwertes werten.
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In einer Ausführungsvariante kann die Sensorschaltung 22 im zweiten Sensormodus nacheinander die Kapazitätswerte C3n für alle Drucktasten erfassen, in einer anderen Ausführungsvariante erfasst die Sensorschaltung 22 im zweiten Sensormodus den Kapazitätswert C3n nur für jene Drucktaste, für die im ersten Sensormodus eine Berührung ihres Tastenfeldes 11n erkannt worden ist.
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In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können Merkmale aus dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 und Merkmale aus dem zweiten Ausführungsbeispiel der 4 bis 7 auch beliebig miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Deckplatte (insbes. Bedienblende)
- 10a
- Benutzerseite
- 10b
- Rückseite
- 11
- Tastenfeld
- 11n
- Tastenfelder
- 12
- kapazitive Sensorvorrichtung
- 14
- erste Sensorelektrode
- 14n
- erste Sensorelektroden
- 15
- Elektrodenerweiterung
- 16
- zweite Sensorelektrode
- 18
- Trägerplatte (insbes. Leiterplatte)
- 19
- elektrische Verbindung
- 20
- Abstandhalter
- 22
- Sensorschaltung
- 23
- Spannungsquelle
- 24
- Kapazitätsmessvorrichtung
- 25
- erste Schalteinheit
- 26
- erster Schalter von 25
- 26n
- erste Schalter von 25
- 27
- zweiter Schalter von 25
- 28
- zweite Schalteinheit
- 29
- erster Schalter von 28
- 29n
- erste Schalter von 28
- 30
- zweiter Schalter von 28
- 31
- Betätigungselement (insbes. Benutzerfinger)
- 32
- Steuereinheit
- 34
- Leuchtmittel
- 34n
- Leuchtmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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