DE102009041653A1

DE102009041653A1 - Kapazitive Tastvorrichtung

Info

Publication number: DE102009041653A1
Application number: DE102009041653A
Authority: DE
Inventors: Bruno Santarossa; Henry Strobel; Josef Werner
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: DE102009041653B4; WO2011032898A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Tastvorrichtung insbesondere für eine Kraftfahrzeugkomponente zur Erzeugung eines Schaltsignals bei Annäherung und/oder Berührung eines plattenartigen Sensorelements durch einen Benutzer 2, mit einem Schaltbereich aus elektrisch leitfähigem Material auf der dem Benutzer 2 abgewandten Seite des aus einem dielektrischen Material bestehenden Sensorelements, mit einer auf der dem Benutzer 2 abgewandten Seite in einem Abstand zum Sensorelement angeordneten Leiterplatte 3, die eine Steuereinrichtung trägt, mit der der Schaltbereich elektrisch leitend verbunden ist, mit einer auf der Leiterplatte 3 annähernd dem Schaltbereich gegenüberliegend angeordneten Lichtquelle 4, durch die ein im Bereich des Schaltbereichs angeordneter durchleuchtbarer Bereich 11 des Sensorelements zum Benutze 2 hin durchleuchtbar ist und die in einem Lichtschacht 15 angeordnet ist, der sich zwischen der Leiterplatte 3 und dem Sensorelement erstreckt. Der Lichtschacht 15 weist eine oder mehrere elektrisch leitende Verbindungsleitungen des Schaltbereichs mit der Steuereinrichtung auf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Tastvorrichtung insbesondere für eine Kraftfahrzeugkomponente zur Erzeugung eines Schaltsignals bei Annäherung und/oder Berührung eines plattenartigen Sensorelements durch einen Benutzer, mit einem Schaltbereich aus elektrisch leitfähigem Material auf der dem Benutzer abgewandten Seite des aus einem dielektrischen Material bestehenden Sensorelements, mit einer auf der dem Benutzer abgewandten Seite in einem Abstand zum Sensorelement angeordneten Leiterplatte, die eine Steuereinrichtung trägt, mit der der Schaltbereich elektrisch leitend verbunden ist, mit einer auf der Leiterplatte annähernd dem Schaltbereich gegenüberliegend angeordneten Lichtquelle, durch die ein im Bereich des Schaltbereichs angeordneter durchleuchtbarer Bereich des Sensorelements zum Benutzer hin durchleuchtbar ist und die in einem Lichtschacht angeordnet ist, der sich zwischen der Leiterplatte und dem Sensorelement erstreckt.
Bei einer derartigen Tastvorrichtung ist es bekannt außerhalb des Lichtschachtes ein längliches stiftartiges Kontaktteil anzuordnen, welches von einem mit dem Schaltbereich elektrisch leitend verbundenen Kontaktfeld des Sensorelements zu einem auf der Leiterplatte angeordneten flächigen Kontakt führt, welcher mit der Steuereinrichtung elektrisch leitend verbunden ist.
Diese Ausbildung ist montageaufwendig und erfordert einen großen Bauraum.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine kapazitive Tastvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die wenig Bauteile erfordert, mit geringem Aufwand montierbar ist und ein geringes Bauraumerfordernis aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lichtschacht eine oder mehrere elektrisch leitende Verbindungsleitungen des Schaltbereichs mit der Steuereinrichtung aufweist.
Dadurch, daß der Lichtschacht auch die elektrisch leitenden Verbindungen von dem Schaltbereich zur Steuereinrichtung aufweist, erfolgt zusammen mit der Montage des Lichtschachts gleichzeitig die Verbindung des Schaltbereichs mit der Steuereinrichtung.
Dabei sind keine zusätzlichen Kontaktierungsbauteile zu montieren und auch kein Bauraum für die Kontaktierungsbauteile erforderlich.
Vorzugsweise bestehen das Sensorelement und/oder der Lichtschacht aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff und bilden so Trägerbauteile ohne ein Isolationserfordernis.
Eine Möglichkeit besteht darin, daß der Schaltbereich und/oder die Verbindungsleitungen in das Sensorelement und/oder den Lichtschacht eingelegte Einlegeteile aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff sind.
Besonders einfach herstellbar und im wesentlichen keinen Bauraum erfordernd ist es, wenn der Schaltbereich und/oder die Verbindungsleitungen aus einer elektrisch leitfähigen Beschichtung des Sensorelements und/oder des Lichtschachts bestehen.
Ein zusätzliches Schaltsignal ist dadurch erzeugbar, daß das Sensorelement als entgegen einer Federkraft von dem Benutzer kraftbeaufschlagbares und um einen Tastenhub bewegliches Tastelement ausgebildet und auf der Leiterplatte innerhalb des Lichtschachts ein Druckschalter angeordnet ist, der bei Bewegung des Tastelements entgegen der Federkraft um den Tastenhub von dem Tastelement beaufschlagbar ist.
Zur stabilen Führung des Sensorelements weist vorzugsweise das Sensorelement ein oder mehrere zu der von dem Benutzer abgewandten Seite hervorstehende Führungselemente auf, die in einer oder mehreren entsprechenden Führungsausnehmungen einer Blende verschiebbar geführt sind.
Dabei können in einfacher bauteilsparender Weise die Führungsausnehmungen ein oder mehrere Führungsschächte der Blende sein.
Eine vorteilhafte Ausbildung besteht dabei darin, daß der oder die Führungsschächte zueinander parallele innere und äußere Schachtwände besitzen, zwischen denen die Führungselemente verschiebbar geführt sind.
Zur Stabilisierung können dabei die Führungsschächte an ihren dem Benutzer abgewandten Enden verschlossen sein.
Sind die Führungsschächte mit ihrem dem Benutzer abgewandten Ende auf der Leiterplatte in Auflage, so bilden sie gleichzeitig Abstandshalter zwischen der Blende und der Leiterplatte.
Sind die Verbindungsleitungen des Schaltbereichs mit der Steuereinrichtung zur auf der Leiterplatte aufliegenden Stirnseite der Führungsschächte geführt und in kontaktierender Auflage auf einer oder mehreren Leiterbahnen der Leiterplatte, die zur Steuereinrichtung führen, so erfolgt mit der Montage des Lichtschachts gleichzeitig eine Kontaktierung mit der Steuereinheit.
Bilden die inneren Schachtwände den Lichtschacht, der an seinem dem Benutzer zugewandten Ende durch eine Verschlußplatte verschlossen ist, die einen dem durchleuchtbaren Bereich des Sensorelements gegenüberliegenden Lichtdurchtrittsbereich aufweist, so ist das Innere des Lichtschachts zum Benutzer hin verschlossen, so daß kein Schmutz eindringen kann.
In einer weiteren ebenfalls vorteilhaften Ausbildung können die Führungselemente Lichtschachtwände des Lichtschachts bilden, wodurch der Lichtschacht einteilig mit dem Sensorelement ausgebildet ist.
Zur einfachen Signalübertragung von dem Schaltbereich zur Steuereinrichtung können dabei ein oder mehrere Lichtschachtwände mit ihrem mit den Verbindungsleitungen versehenen, dem Benutzer abgewandten Ende mit Spiel durch entsprechende mit Durchkontaktierungen ihrer Wandungen versehene Ausnehmungen in der Leiterplatte ragen, wobei die Durchkontaktierungen mit den Verbindungsleitungen Koppelkondensatoren bilden und mit der Steuereinrichtung verbunden sind.
Die elektrisch leitenden Verbindungen sind auf einfache Weise herstellbar, in dem die Innenseite einer oder mehrerer Lichtschachtwände oder Schachtwände und/oder der Verschlußplatte ganz oder partiell mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen sind.
Eine gute Signalübertragung wird dabei dadurch erreicht, daß die durch Ausnehmungen in der Leiterplatte ragenden Enden der Lichtschachtwände an den Wandungen der Ausnehmungen zugewandten Seiten mit der elektrisch leitenden Beschichtung versehen sind.
Leicht herstellbar mit guten Leiteigenschaften ist es, wenn die leitfähige Beschichtung eine metallische Beschichtung ist, wobei die leitfähige Beschichtung galvanisch oder durch Sputtern aufgetragen sein kann.
Ist die leitfähige Beschichtung lichtreflektierend, so erfüllt sie eine Doppelfunktion und führt zu einer guten Hinterleuchtung des durchleuchtbaren Bereichs des Sensorelements.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine perspektivische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer kapazitiven Tastvorrichtung
2 eine zweite perspektivische Schnittansicht der kapazitiven Tastvorrichtung nach 1
3 eine perspektivische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer kapazitiven Tastvorrichtung
4 eine zweite perspektivische Schnittansicht der kapazitiven Tastvorrichtung nach 3.
Die in den Figuren dargestellten kapazitiven Tastvorrichtungen weisen eine Blende 1 sowie eine in einem Abstand zur Blende 1 auf der einem Benutzer 2 abgewandten Seite der Blende 1 angeordnete Leiterplatte 3, 3' auf.
Ein Tastelement 5, 5' weist eine Tastplatte 6, 6' und zu der dem Benutzer 2 abgewandten Seite hervorstehende Führungselemente 7, 7' auf, die durch Führungsausnehmungen 8 in der Blende 1 zur Leiterplatte 3, 3' hin ragen.
Die als in einem Rechteck zueinander angeordneten wandartigen Führungselemente 7, 7' sind in Führungsschächten 9 geführt, die einteilig mit der Blende 1 ausgebildet sind und sich von dem Benutzer 2 weggerichtet bis zur Leiterplatte 3, 3' erstrecken.
Innerhalb des von den wandartigen Führungselementen 7, 7' umschlossenen Bereichs ist auf der Leiterplatte 3, 3' eine Lichtquelle 4 sowie ein Druckschalter 10 angeordnet, der über auf der Leiterplatte 3, 3' angeordnete nicht dargestellte Leiterbahnen mit einer ebenfalls nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden ist, die vorzugsweise auch auf der Leiterplatte 3, 3' angeordnet ist.
In der ansonsten lichtundurchlässigen Tastplatte 6, 6' sind als Beschriftung „OFF” und Markierung durchleuchtbarer Bereiche 11 ausgebildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 besitzen die Führungsschächte 9 in einem Abstand zueinander parallele innere Schachtwände 12 und äußere Schachtwände 13, die an ihren dem Benutzer 2 abgewandten Enden verschlossen sind und zwischen denen die wandartigen Führungselemente 2 verschiebbar geführt sind.
Damit ist das Tastelement 5 aus seiner dargestellten Normalposition durch Kraftbeaufschlagung durch den Benutzer 2 um einen Tastenhub 14 entgegen einer Federkraft eines nicht dargestellten Federelements in den Führungsausnehmungen 8 bewegbar, wodurch der Druckschalter 10 von dem Tastelement 5 betätigbar ist.
Die inneren Schachtwände 12 bilden einen Lichtschacht 15, der an seinem dem Benutzer zugewandten Ende durch eine Verschlußplatte 16 verschlossen ist, die eine dem durchleuchtbaren Bereich 11 der Tastenplatte 6 gegenüberliegenden Lichtdurchtrittsöffnung 17 aufweist.
Die Innenseiten der inneren Schachtwände 12 sowie der Verschlußplatte 16 sind galvanisch mit einer Chromschicht 18 versehen, die sich auch über die der Leiterplatte 3 zugewandte Stirnseite der miteinander verbundenen inneren Schachtwände 12 und äußeren Schachtwänden 13 erstreckt und dort eine Kontaktfläche 19 bildet.
Mit dieser Kontaktfläche 19 sind die Schachtwände 12, 13 auf einer oder mehreren Leiterbahnen der Leiterplatte 3 kontaktierend in Auflage, die zur Steuereinrichtung führen.
Die Chromschicht 18 auf der Verschlußplatte 16 bildet eine Elektrode und somit einen Schaltbereich eines kapazitiven Schalters, wobei die Verschlußplatte 16 und die Tastplatte 6 ein Dielelektrikum bilden.
Gelangt ein Körperteil des Benutzers nahe genug an das Tastelement 5 oder beaufschlagt dieses, so wird ein Schaltsignal ausgelöst und über die eine Verbindungsleitung bildende Chromschicht 18 auf den inneren Schachtwänden 12 sowie die Kontaktfläche 19 und die Leiterbahnen der Steuereinrichtung zugeleitet.
Da die Chromschicht 18 lichtreflektierend ist, führt sie in Doppelfunktion auch noch zu einer guten Ausleuchtung der durchleuchtbaren Bereiche 11 der Tastplatte 6.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 bilden die wandartigen Führungselemente 7' einen Lichtschacht 15' und ragen mit ihren der Tastplatte 6' abgewandten Endbereichen 20 mit Spiel durch Ausnehmungen 21 in der Leiterplatte 3'.
Die Wandungen der Ausnehmungen 21 sind mit einer eine Durchkontaktierung 22 bildenden elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen, die über nicht dargestellte Leiterbahnen der Leiterplatte 3' mit der Steuereinrichtung verbunden sind.
Die Innenseiten der wandartigen Führungselemente 7' sowie der Tastplatte 6' sind galvanisch mit einer Chromschicht 18' versehen, die auch die durch die Ausnehmungen 21 ragenden Endbereiche 20 vollständig umschließt.
Damit bilden die Endbereiche 20 mit den Ausnehmungen 21 Koppelkondensatoren 23.
Die Chromschicht 18' auf der Tastplatte 6' bildet entsprechend der Chromschicht 18 auf der Verschlußplatte 16 im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 eine Elektrode und somit einen Schaltbereich eines kapazitiven Schalters, wobei die Tastplatte 6' ein Dielektrikum bildet.
Gelangt ein Körperteil des Benutzers nahe genug an das Tastelement 5 oder beaufschlagt dieses, so wird ein Schaltsignal ausgelöst und über die eine Verbindungsleitung bildende Chromschicht 18' auf den Führungselementen 7' sowie die Koppelkondensatoren 23 und die Leiterbahnen der Steuereinrichtung zugeleitet.
Auch hier führt die lichtreflektierende Chromschicht 18' zu einer guten Ausleuchtung der durchleuchtbaren Bereiche 11 der Tastplatte 6'.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist das Tastelement 5' auch entgegen einer Federkraft von dem Benutzer bewegbar und der Druckschalter 10 betätigbar.
Bezugszeichenliste

1: Blende
2: Benutzer
3: Leiterplatte
3': Leiterplatte
4: Lichtquelle
5: Tastelement
5': Tastelement
6: Tastplatte
6': Tastplatte
7: Führungselement
7': Führungselement
8: Führungsausnehmungen
9: Führungsschächte
10: Druckschalter
11: durchleuchtbarer Bereich
12: innere Schachtwände
13: äußere Schachtwände
14: Tastenhub
15: Lichtschacht
15': Lichtschacht
16: Verschlußplatte
17: Lichtdurchtrittsöffnung
18: Chromschicht
18': Chromschicht
19: Kontaktfläche
20: Endbereiche
21: Ausnehmungen
22: Durchkontaktierung
23: Doppelkondensatoren

Claims

Kapazitive Tastvorrichtung insbesondere für eine Kraftfahrzeugkomponente zur Erzeugung eines Schaltsignals bei Annäherung und/oder Berührung eines plattenartigen Sensorelements durch einen Benutzer, mit einem Schaltbereich aus elektrisch leitfähigem Material auf der dem Benutzer abgewandten Seite des aus einem dielektrischen Material bestehenden Sensorelements, mit einer auf der dem Benutzer abgewandten Seite in einem Abstand zum Sensorelement angeordneten Leiterplatte, die eine Steuereinrichtung trägt mit der der Schaltbereich elektrisch leitend verbunden ist, mit einer auf der Leiterplatte annähernd dem Schaltbereich gegenüberliegend angeordneten Lichtquelle, durch die ein im Bereich des Schaltbereichs angeordneter durchleuchtbarer Bereich des Sensorelements zum Benutzer hin durchleuchtbar ist und die in einem Lichtschacht angeordnet ist, der sich zwischen der Leiterplatte und dem Sensorelement erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtschacht (15, 15') eine oder mehrere elektrisch leitende Verbindungsleitungen des Schaltbereichs mit der Steuereinrichtung aufweist.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement und/oder der Lichtschacht (15, 15') aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehen.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltbereich und/oder die Verbindungsleitungen in das Sensorelement und/oder den Lichtschacht eingelegte Einlegeteile aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff sind.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltbereich und/oder die Verbindungsleitungen aus einer elektrisch leitfähigen Beschichtung des Sensorelements und/oder des Lichtschachts (15, 15') bestehen.
Kapazitive Tastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement als entgegen einer Federkraft von dem Benutzer (2) kraftbeaufschlagbares und um einen Tastenhub (14) bewegliches Tastelement (5, 5') ausgebildet und auf der Leiterplatte (3, 3') innerhalb des Lichtschachts (15, 15') ein Druckschalter (10) angeordnet ist, der bei Bewegung des Tastelements (5, 5') entgegen der Federkraft um den Tastenhub (14) von dem Tastelement (5, 5') beaufschlagbar ist.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement ein oder mehrere zu der von dem Benutzer (2) abgewandten Seite hervorstehende Führungselemente (7, 7') aufweist, die in einer oder mehreren entsprechenden Führungsausnehmungen (8) einer Blende (1) verschiebbar geführt sind.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsausnehmungen (8) ein oder mehrere Führungsschächte (9) der Blende (1) sind.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Führungsschächte (9) zueinander parallele innere und äußere Schachtwände (12, 13) besitzen, zwischen denen die Führungselemente (7) verschiebbar geführt sind.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschächte (7) an ihren dem Benutzer (2) abgewandten Enden verschlossen sind.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschächte (7, 7') mit ihrem dem Benutzer (2) abgewandten Ende auf der Leiterplatte (3, 3') in Auflage sind.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen des Schaltbereichs mit der Steuereinrichtung zur auf der Leiterplatte (3) aufliegenden Stirnseite der Führungsschächte (9) geführt und in kontaktierender Auflage auf einer oder mehreren Leiterbahnen der Leiterplatte (3) sind, die zur Steuereinrichtung führen.
Kapazitive Tastvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Schachtwände (12) den Lichtschacht (15) bilden, der an seinem dem Benutzer (2) zugewandten Ende durch eine Verschlußplatte (16) verschlossen ist, die einen dem durchleuchtbaren Bereich (11) des Sensorelements gegenüberliegenden Lichtdurchtrittsbereich (17) aufweist.
Kapazitive Tastvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente (7') Lichtschachtwände des Lichtschachts (15') bilden.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Lichtschachtwände mit ihrem mit den Verbindungsleitungen versehenen, dem Benutzer abgewandten Ende (20) mit Spiel durch entsprechende mit Durchkontaktierungen (22) ihrer Wandungen versehene Ausnehmungen (21) in der Leiterplatte (3') ragen, wobei die Durchkontaktierungen (22) mit den Verbindungsleitungen Koppelkondensatoren (23) bilden und mit der Steuereinrichtung verbunden sind.
Kapazitive Tastvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseiten einer oder mehrerer Lichtschachtwände oder Schachtwände und/oder der Verschlußplatte (16) ganz oder partiell mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen sind.
Kapazitive Tastvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Ausnehmungen (21) in der Leiterplatte (3') ragenden Enden (20) der Lichtschachtwände an den Wandungen der Ausnehmungen (21) zugewandten Seiten mit der elektrisch leitenden Beschichtung versehen sind.
Kapazitive Tastvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Beschichtung eine metallische Beschichtung ist.
Kapazitive Tastvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Beschichtung galvanisch oder durch Sputtern aufgetragen ist.
Kapazitive Tastvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Beschichtung lichtreflektierend ist.