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Elektrischer Berührungsschalter
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Berührungsschalter
für einen Programmwähler eines Haushaltgerätes oder dergleichen, mit einer für eine
Bedienungsperson zugänglichen, als Schalttaste dienenden, metallischen Berührungsfläche
und mit zwei zueinander in Reihe geschalteten Kapazitäten, die an eine Betriebsstromquelle
angeschlossen sind und von denen mindestens eine bei Berührung der Berührungsfläche
einen Differenzstrom gegenüber dem berührungsfreien Zustand liefert Bei den als
"touch control" bezeichneten Berührungsschaltern dieser Art nach dem Prospekt "Multiplexed
Touchcontrol Interface" S 9262/S 9266 der AMERICAN MICROSYSTEMS, INC. vom September
1976 sind auf der Riickseite eines als Programmwähler dienenden, aus einer Isolierstoffplatte
hergestellten Schaltpultes jeweils zwei mit ihren Langseiten in geringem Abstand
voneinander angeordnete, rechteckförmige Elektroden angebracht, denen auf der Frontseite
der Platte jeweils eine quadratische Berührungselektrode gegenüberstehtt die als
Berührungsfläche dient und die beiden rückseitigen Elektroden überdeckt und zusammen
mit diesen beiden Elektroden zwei zueinander in Reihe geschaltete Kapazitäten bildet.
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Bei einem Bedienungstableau für Haushaltgeräte, wie Wasch- und Geschirrspülmaschinen,
die mit einem elektronischen Programmsteuergerät ausgestattet sind, muß für die
Vielzahl der anwählbaren Programme eine entsprechende Anzahl von Kurzhinweisen auf
dem Bedienungstableau vorgesehen werden. Ein solches Bedienungstableau wird in der
Regel im Siebdruckverfahren beschriftet und soll übersichtlich gestaltet, alle zur
Bedienung des Haushaltgebrätes notwendigen Programmwahlschalter mit zugehörigen
Anzeigeleuchten und entsprechenden Programminhaltshinweisen enthalten. Das Bedienungstableau
wird in der Regel aus Kunststoff hergestellt und muß aus Festigkeitsgründen eine
Wandstärke von mindestens 2 bis 3 mm haben. Diese verhältnismäßig große Wandstärke
bildet ein Hemmnis, den oben beschriebenen Berührungsschalter zur Programmwahl für
die etwa zehn Programme umfassende Haushaltmaschine in das Bedienungstableau zu
integrieren, weil mit zunehmender Wandstärke die Kapazitäten zwiscen der Berührungselektrode
und der ersten rückseitigen Elektrode einerseits und der Berührungselektrode und
der zweiten rückseitigen @@@@@ @@@ Elektrode reziprok nach der Formel Kapazität
C = # . F / d abnimmt, wenn mit F die Fläche der rückseitigen Elektroden und mit
d die Wandstärke bezeichnet wird.
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Bei diesen obengenarlnen W mdstärken sind zur Erzielung ausreichend
großer Kapazitäten entsprechend große rückwärtige Elektrodenplättchen notwendig,
denen entspreched große Berührungselektrodenflächen zugeordnet werden müssen. Große
Elektrodenflächen würden zwar bei Berührung der Berührungsfläche einen entsprechend
großen Differenzstrom gegenüber dem
berührungsfreien Zustand liefern
und eine geringere Empfindlichkeit der nachgeordneten Steuerschalter ermöglichen,
jedoch einen großen Platz im Beienungsfeld beanspruchen. Wollte man die Oberfläche
der Berührungselektrode bzw. -elektroden klein und gefällig ausbilden, so müßte
die Wandstärke zwischen den rückwärtigen Elektroden und der Berührungselektrode
auf Bruchteile eines Millimeters herabgesetzt werden, was fertigungstechnisch einen
erheblichen Aufwand mit sich bringen und zusätzliche Schwierigkeiten bei der elektrischen
Verbindung zwischen den Elektrodenplättchen und der nachgeordneten Programmsteuerung
aufweisen wurde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Berührungsschalter
zu schaffen, bei dem die obengenannten Nachteile vermieden und die Platz- Formgestaltungs-,
Material- und Bedienungsforderungen unabhängig von den gefordert an Endestwerten
der Kapazitäten realisiert werden können. Zur ibsung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß die Kapazitäten durch diskrete Kondensatoren gebildet sind und daß
die beiden untereinander verbundenen, zu je einem der Kondensatoren gehörenden Kondensator-Elektroden
an die metallische Berührungsfläche angeschlossen sinC1, Hierbei kann die Berührungsfläche
in an sich bekannter Weise an der Außen- oder Oberseite einer Isolierstoffplatte
sitzen und die Kondensatoren gegenüber der Rückseite der Isolierstoffplatte, vorzugsweise
auf einer Leiterplatte, angeordnet sein. Die Montage eines Programmtableaus bzw.
einen Bedienungsfeldes mit einer größeren Anzahl von Berührungselektroden kann in
weiterer Ausgestaltung dadurch erleichtert werden, daß die mit den Kondensatoren
verbundene Beiterplatte von der die Berührungsfläche tragenden Isolierstoffplatte
mechanisch trennbar ausgebildet ist, vorzugsweise im
Abstand von
der Isolierstoffplatte angeordnet ist. Hierbei können zur Erleichterung der Montage
für den Anschluß der Berührungsfläche an die Kondensatoren federelastische Verbindungsmittel
vorgesehen sein, die unter Vorspannung mit der Berührungsfläche Kontakt haben, insbesondere
an der Unter- oder Rückseite der Berührungsfläche anliegen. Als Verbindungsmittel
eignen sich besonders gut in ihrer Längsrichtung abgefederte Drahtstifte oder Schrauben-
bzvr. Blattfedern und ähnliche Verbindungs mittel, wobei die Federn vorteilhaft
zum Ausgleich von Fertigungs- und Molltagetoleranzen dienen können.
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Eine vreitere, vorteilhafte Ausführungsform wäre dermaßen denkbar,
daß statt einer von der Leiterplatte trennbaren, als Träger der Berührungselektrode
dienenden Isolierstoffplatte nur eine Leiterplatte vorgesehen ist, die an ihrer
Unterseite mit Leiterbahnen versehen ist und als träger der diskreten Kondensatoren
dient, gleichzeitig auf ihrer Oberseite durch Oberflächenbehandlung, insbesondere
durch Aufkaschieren, Aufdrucken oder Aufdampfen erzeugte Berührungsflächen trägt,
welche durch Durchkontaktierung mit den Beiterbahnen der Leiterplatte und deren
Bauteilen verbunden sind.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen, welche
in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben und erläutert Es zeigen: Fig.
1 ein Schaltschema zur Verwendung des erfindungsgemäßen Berührungsschalters und
Fig.
2 eine andere Vervrendungsform für den erfindungsgemäßen Berührungsschalter in einer
kapazitiven Brückenanordnung, Fig. 3 eine erste konstruktive Ausführungsform von
federelastisch ausgebildeten Verbindungsmitteln zum Anschluß der Berührungsfläche
an eine Leiterbahn, Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel ebenfalls teilweise in
der Ansicht und teilweise im Schnitt und Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel
für federelastische Verbindungsmittels In Fig. 1 ist schematisch ein Berührungsschalter
für einen Programmwähler eines im übrigen nicht dargestellten Haushaltgerätes, beispielsweise
einer iCasch- oder Geschirrspülmaschine angedeutet, bei welchem eine als Schalttaste
dienende, metallische Berührungsfläche 1 an der Außenseite eines nicht dargestellten
Bedienungstableaus sitzt und für eine bei 2 angedeutete Bedienungsperson beispielsweise
mit einem Finger zur Einleitung eines Schaltvorganges berührbar ist. Die Berührungsfläche
ist an die Verbindungsleitung 3 zwischen zwei Kapazitäten 4 und 5 angeschlossen
die zueinander in Reihe geschaltet sind und an den Ausgangsklemmen eines Wechselstromgenerators
6 angeschlossen sind. Der Generator 6 hat eine für die Bedienungsperson 2 völlig-
ungefällrlichea niedrige Ausgangsspannung von beispielsweise 5 Volt und kann vorteilhaft
als Sekundärwicklung eines üblichen Trenntransformators ausgebildet sein, welcher
mit seiner Primärwicklung an ein nicht dargestelltes Wechselstromnetz angeschlossen
werden kann.
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Sobald die Bedienungsperson 2 die Berührungsfläche 1
auf
dem nicht dargestellten Bedienungstableau berührt, wird über den Körper der Bedienungsperson
2 der Strom durch die Kapazitäten 4 und 5 bedämpft, wodurch ein Differenzstrom hI
gegenüber dem berührungsfreien Zustand entsteht. Der Differenzstrom #I wird in einem
Schaltgerät 8 verstärkt und zur Ausführung eines Schaltvorganges benutzt, der das
mit der Berührungsfläche 1 verbundene Steuerprograrnm einleitet.
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Bei der in Fig. 2 schematisch wiedergegebenen Anxrendungsform ist
die Berührungsfläche 1 ebenfalls an die Verbindungsleitung 3 der beiden miteinander
in Reihe liegenden Kapazitäten 4 und 5 angeschlossen0 Parallel zu diesen.
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Kapazitäten liegen zwei Hilfskapazitäten 9 und 10 derart, daß sich
eine kapazitive Brückenschaltung ergibt, bei welcher der Verbindungspunkt ii der
beiden Hilfskapazitäten 9 und 10 an einem der beiden Eingänge eines Operationsver
s-tärkers 12 und die Verbindungsleitung 3 arn zweiten Eingang dieses Operationsverstä.rkers
liegt. An den Ausgang des Operationsverstärkers ist ein bistabiler Schalter 13 angeschlossen.
Dieser bleibt so lange in seinem Ausgangszustand, bis die Bedienungsperson 2 auf
die Berührungsfläche 1 tippt, wodurch die kapazitive Brücke verstimmt wird und über
den Operationsverstärker 12 den Schalter 13 in seinen Ein-Zustand bringt. Um sine
sichere Auswertung der beim Berühren der Berührungsfläche 1 entstehenden Differenzströme
oder Differenzspannung sicherzustellen, wird eine gewisse MindesZkapazität und eine
entsprechende Änderung der wirksamen Kapazität bei der Berührung benötigt.
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Um die fiir das Bedienungstableau zu stellenden Platz-, Formgestaltungs-,
Material- und Bedienungsforderungen in einfacher Weise erfüllen zu können, sind
die Kapazitäten 4 und 5 gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 5 als
diskrete
Kondensatoren 14 bzw. 15 ausgebildet. Diese können die Form von Wickelkondensatoren
haben und sind auf einer Leiterplatte 16 montiert, welche wenigstens eine die dargestellten
Anschlußenden der Kondensatoren 14 und 15 verbindende Leiterbahn trägt, an welche
ein in den Fig. 3 bis 5 als Berührungsfläche 1 dienendes Metallplättchen 17 bzw.
18 (Fig. 4) lösbar angeschlossen werden soll. Diese Lösbarkeit soll es erlauben,
daß das Bedienungstableau 19, welches als eine von der Beiterplatte 16 getrennt
hergestellte Isolierstofplatte vorgesehen ist und an ihrer Oberseite verschiedene,
jeweils einem einzelnen Steuerprogramm zugeordnete Metallplattchen 17 trägt, räumlich
für die Montagezwecke getrennt und von der darunterliegenden Leiterplatte abgenommen
werden kann, um etwa auf der Leiterplatte befindliche Dioden, Kontroll-Lampen und
den gesamten Programmspeicher zugänglich su machen.
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Zum elektrischen Anschluß des Metallplättchens 17 an die beiden Kondensatoren
14 und 15 ist eine auf der gleichen, nicht dargestellten Leiterbahn, welche die
beiden Kondensatoren verbindet, eine Hülse 20 aufgesetzt, welche nach Fig. 3 eine
unter Vorsp-^uuiunm stehende Druckfeder 21 ent-Halt, Diese ist bestrebt, einen in
die Hülse 20 eingeschobenen, steifen Drahtstift 22 durch ein Loch 23 in der Isolierstoffplatte
19 gegen die Unterseite des Metallplättchens 17 goopamlt zu halten.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind als elekfrische Verbindungsmittel
zu den in größerer Anzahl auf dem Tableau vorgesehenen Metallplättchen 18 jeweils
schwach gekrümmte Blattfedern 25 vorgesehen, welche über die nicht dargestellte
Leiterbahn einer Leiterplatte 26 mit den beiden auf
dieser Leiterplatte
angeordneten Kondensatoren 14 und 15 verbunden sind. Jedes der Metallplättchen 18
hat einen als Hohlniet ausgebildeten Ansatz 27, der an seinem unteren, über die
Isolierstoffplatte 19 vorstehenden Endabschnitt zu einem Nietkopf 28 geformt ist,
gegen den die Blattfeder 25 anliegt und die elektrische Verbindung herstellt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist das als Berührungsfläche
dienende Metallplättchen 17 ebenso wie in Fig. 3 in die Oberseite des Tableaus 19
versenkt eingelassen. Zu seiner elektrischen Verbindung mit der Leiterplatte 16
und den auf dieser sitzenden Kondensatoren 19 und 15 ist eine auf Druck vorgespannte
Schraubenfeder 14 vorgesehen, die in einem im Flächenbereich des Plättchens 17 an
der Unterseite der Isolierstoffplatte 19 ange*ormten, hülsenförmigen Ansatz 31 längsgeführt
ist. Die Schraubenfeder 30 liegt mit ihrem oberen Ende gegen die Unterseite des
Metallplättchens 17 an und stützt sich mit ihrem unteren Ende auf der nicht dalgestellten,
die Kondensatoren 14 und 15 verbindenden Leiterbahn der Leiterplatte 16 ab.
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Durch die dargestellten federelastischen Verbindungsmittel wird der
Zusamnienbau wesentlich erleichtert, zumal sich IIerstellungs- und SIontagsefoleranzen
leicht durch diese Verbindungsmittel ausgleichen lassen.