DE202024105266U1

DE202024105266U1 - capacitive control unit

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Publication number: DE202024105266U1
Application number: DE202024105266.8U
Authority: DE
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2024-09-13
Filing date: 2024-09-13
Publication date: 2024-09-23
Anticipated expiration: 2034-09-14

Abstract

Kapazitive Bedieneinheit (1) für ein Kraftfahrzeug
mit einem kapazitiven Sensorelement (30), welches ausgebildet ist, ein elektrisches Feld zu erzeugen und eine Änderung des erzeugten elektrischen Feldes zu erfassen,
mit einer Schaltanordnung (10), welche ausgebildet ist, bei einer Betätigung durch einen Bediener die Änderung des elektrischen Feldes zu bewirken, sowie
mit einem eine Sichtseite (21) und eine Rückseite (23) aufweisenden Abdeckelement (20),
wobei sichtseitig des Abdeckelements (20) die Schaltanordnung (10) und rückseitig oder sichtseitig des Abdeckelements (20) das kapazitive Sensorelement (30) angeordnet sind,
wobei die Schaltanordnung (10) eine mit dem elektrischen Feld gekoppelte Kopplungselektrode (11), zumindest zwei Schaltelemente (40, 111 - 116) und genau eine Sensorelektrode (12) aufweist,
wobei die Sensorelektrode (12) elektrisch mit den Schaltelementen (40, 111 - 116) und die Schaltelemente (40, 111 - 116) mit der Kopplungselektrode (11) verbunden sind,
wobei den Schaltelementen (40, 111 - 116) jeweils eine vorbestimmte Kapazität (13, 14, 101 - 106) zugeordnet ist und die Kapazitäten (13, 14, 101 - 106) sich zueinander unterscheiden, sodass durch die genau eine Sensorelektrode (12) bei einer Betätigung des jeweiligen Schaltelements (40, 111 - 116) eine von der jeweils zugeordneten Kapazität (13, 14, 101 - 106) abhängige und von dem Sensorelement (30) erfassbare Änderung des elektrischen Feldes bewirkbar ist.

Capacitive control unit (1) for a motor vehicle
with a capacitive sensor element (30) which is designed to generate an electric field and to detect a change in the generated electric field,
with a switching arrangement (10) which is designed to cause the change of the electric field when actuated by an operator, and
with a cover element (20) having a visible side (21) and a rear side (23),
wherein the switching arrangement (10) is arranged on the visible side of the cover element (20) and the capacitive sensor element (30) is arranged on the rear or visible side of the cover element (20),
wherein the switching arrangement (10) has a coupling electrode (11) coupled to the electric field, at least two switching elements (40, 111 - 116) and exactly one sensor electrode (12),
wherein the sensor electrode (12) is electrically connected to the switching elements (40, 111 - 116) and the switching elements (40, 111 - 116) are electrically connected to the coupling electrode (11),
wherein the switching elements (40, 111 - 116) are each assigned a predetermined capacitance (13, 14, 101 - 106) and the capacitances (13, 14, 101 - 106) differ from one another, so that when the respective switching element (40, 111 - 116) is actuated, a change in the electric field can be brought about by the precisely one sensor electrode (12), which change is dependent on the respectively assigned capacitance (13, 14, 101 - 106) and can be detected by the sensor element (30).

Description

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Bedieneinheit für ein Kraftfahrzeug und insbesondere für einen Sitz eines Kraftfahrzeugs. Dabei kann die kapazitive Bedieneinheit sowohl als Wippschalter als auch als Schiebeschalter bzw. Wipp- und Schiebetaster oder als eine Kombination von Wipp- und Schiebetaster bzw. -schalter ausgebildet sein.The invention relates to a capacitive operating unit for a motor vehicle and in particular for a seat of a motor vehicle. The capacitive operating unit can be designed as a rocker switch as well as a slide switch or rocker and slide button or as a combination of rocker and slide button or switch.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Bedieneinheiten und auch auf einer kapazitiven Erfassung basierende Bedieneinheiten bekannt.A wide variety of control units and also control units based on capacitive detection are known from the state of the art.

So schlägt beispielsweise DE 20 2022 103 370 U1 eine kapazitives Bedieneinheit vor, bei welcher ein Bedienelement von einem Sensor zur Erfassung einer über das Bedienelement eingebrachten Bedieneingabe getrennt ist, sodass das Sensorelement einerseits vollständig unabhängig von dem Bedienelement und andererseits für den Bediener nicht sichtbar vorgesehen werden kann.For example, DE 20 2022 103 370 U1 a capacitive operating unit in which an operating element is separated from a sensor for detecting an operating input introduced via the operating element, so that the sensor element can be provided completely independently of the operating element on the one hand and not visible to the operator on the other.

Bei dieser Bedieneinheit muss das von dem Bediener bewegbare Bedienelement aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein oder muss zumindest einen elektrisch leitfähigen Kontakt enthalten. Das führt dazu, dass die Herstellung des Bedienelements vergleichsweise kostenintensiv ist und zudem auch Designeinschränkungen unterworfen ist, da das Bedienelement selbst teilweise nicht unmittelbar von dem Bediener berührt werden darf.In this control unit, the control element that can be moved by the operator must be made of an electrically conductive material or must at least contain an electrically conductive contact. This means that the production of the control element is comparatively costly and is also subject to design restrictions, since the control element itself may not be touched directly by the operator.

Zur Überwindung dieser Problematik schlägt die DE 20 2024 101 391 U1 vor, das Bedienelement aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material auszubilden und die Schaltfunktion über Schaltelemente bereitzustellen, welche bei ihrer Betätigung eine Kopplungselektrode mit jeweils einer Sensorelektrode verbinden, sodass also jedem Schaltelement jeweils eine Sensorelektrode zugeordnet ist und ein von einem kapazitiven Sensorelement erzeugtes elektrisches Feld im Bereich der jeweiligen Sensorelektrode verändert wird. Anhand einer Sensierung der Position der Änderung des elektrischen Feldes mittels des Sensorelements kann darauf geschlossen werden, welches Schaltelement betätigt wurde und somit welche Schaltfunktion ausgelöst werden soll.To overcome this problem, the DE 20 2024 101 391 U1 proposes to form the control element from an electrically non-conductive material and to provide the switching function via switching elements which, when actuated, connect a coupling electrode to a sensor electrode, so that each switching element is assigned a sensor electrode and an electric field generated by a capacitive sensor element is changed in the area of the respective sensor electrode. By sensing the position of the change in the electric field using the sensor element, it can be concluded which switching element was actuated and thus which switching function is to be triggered.

Auch dieser Ansatz hat jedoch einige Nachteile. Insbesondere ist diesbezüglich hervorzuheben, dass je Schaltelement und somit je Schaltfunktion eine eigene Sensorelektrode notwendig ist, was zu einem entsprechend hohen Bauraumbedarf führt. Auch ist von besonderer Relevanz, dass Störeinflüsse fehlerhaft dazu führen können, dass es lokal zu einer Änderung des elektrischen Feldes kommt, welche fehlerhaft als eine Betätigung eines Schaltelements detektiert werden kann.However, this approach also has some disadvantages. In particular, it should be emphasized that a separate sensor electrode is required for each switching element and thus for each switching function, which leads to a correspondingly high installation space requirement. It is also particularly relevant that interference can incorrectly lead to a local change in the electric field, which can be incorrectly detected as an actuation of a switching element.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine einfach und kostengünstig herzustellende kapazitive Bedieneinheit bereitzustellen, bei welcher das Sensorelement und das Bedienelement jedoch weiterhin voneinander getrennt sind.The invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and providing a capacitive operating unit that is simple and cost-effective to manufacture, in which the sensor element and the operating element, however, remain separate from one another.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Schutzanspruch 1 gelöst.This problem is solved by the combination of features according to claim 1.

Erfindungsgemäß wird eine kapazitive Bedieneinheit für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei diese ein kapazitives Sensorelement, eine Schaltanordnung sowie ein eine Sichtseite und eine Rückseite aufweisendes Abdeckelement aufweist, wobei das Abdeckelement vorzugsweise einer berührungsfreien Trennung des Sensorelements von der Schaltanordnung dient. Die Schaltanordnung ist dabei sichtseitig des Abdeckelements und das kapazitive Sensorelement vorzugsweise rückseitig des Abdeckelements alternativ jedoch auch sichtseitig des Abdeckelements angeordnet, wobei bei einer sichtseitigen Anordnung zusätzlich eine Schutzschicht zur berührungsfreien Trennung des Sensorelements von der Schaltanordnung zwischen Sensorelement und Schaltanordnung vorgesehen sein kann. Als berührungsfrei ist hierbei zu verstehen, dass das Sensorelement und die Schaltanordnung einander nicht unmittelbar berühren, sondern sich allenfalls mittelbar über das zwischen Schaltanordnung und Sensorelement liegende Abdeckelement berühren, wobei zwischen Sensorelement und Schaltanordnung optional weitere Komponenten, wie beispielsweise eine Dekorschicht, eine Schutzschicht oder zusätzliche elektronische Bauteile angeordnet sein können. Das Sensorelement ist hierbei ausgebildet, ein elektrisches Feld zu erzeugen und eine Änderung des erzeugten elektrischen Feldes zu erfassen. Weiter ist die Schaltanordnung ausgebildet, bei einer Betätigung durch einen Bediener die Änderung des elektrischen Feldes zu bewirken. Klarstellend soll hervorgehoben werden, dass das Sensorelement und die Schaltanordnung insbesondere ausschließlich über das elektrische Feld bzw. eine Änderung des elektrischen Feldes einen Daten- bzw. Informationsaustausch ermöglichend miteinander verbunden sind bzw. in Wirkverbindung miteinander stehen, sodass also eine Betätigung der Schaltanordnung ausschließlich über eine Veränderung des elektrischen Feldes an das Sensorelement übermittelt wird. Hierfür ist vorgesehen, dass die Schaltanordnung eine mit dem elektrischen Feld gekoppelte Kopplungselektrode, zumindest zwei Schaltelemente und genau eine Sensorelektrode aufweist. Die Sensorelektrode ist dabei, beispielsweise über elektrische Leiter, elektrisch mit den Schaltelementen und die Schaltelemente mit der Kopplungselektrode verbunden. Erfindungsgemäß ist wesentlich, dass den Schaltelementen jeweils eine vorbestimmte Kapazität zugeordnet ist, welche auch als Kodierkapazitäten bezeichenbar sind, und dass sich die Kapazitäten zueinander unterscheiden, sodass durch die genau eine Sensorelektrode bei einer Betätigung des jeweiligen Schaltelements eine von der jeweils zugeordneten Kapazität abhängige und von dem Sensorelement erfassbare Änderung des elektrischen Feldes bewirkbar ist.According to the invention, a capacitive operating unit for a motor vehicle is proposed, wherein said unit has a capacitive sensor element, a switching arrangement and a cover element having a visible side and a rear side, wherein the cover element preferably serves for a contact-free separation of the sensor element from the switching arrangement. The switching arrangement is arranged on the visible side of the cover element and the capacitive sensor element is preferably arranged on the rear of the covering element, but alternatively also on the visible side of the covering element, wherein in the case of a visible-side arrangement, a protective layer for contact-free separation of the sensor element from the switching arrangement can additionally be provided between the sensor element and the switching arrangement. Contact-free is to be understood here as meaning that the sensor element and the switching arrangement do not touch one another directly, but at most touch one another indirectly via the cover element located between the switching arrangement and the sensor element, wherein additional components, such as a decorative layer, a protective layer or additional electronic components, can optionally be arranged between the sensor element and the switching arrangement. The sensor element is designed to generate an electric field and to detect a change in the generated electric field. The switching arrangement is also designed to cause the electric field to change when actuated by an operator. For the sake of clarity, it should be emphasized that the sensor element and the switching arrangement are connected to one another or are in operative connection with one another, in particular exclusively via the electric field or a change in the electric field, enabling an exchange of data or information, so that an actuation of the switching arrangement is transmitted to the sensor element exclusively via a change in the electric field. For this purpose, it is provided that the switching arrangement has a coupling electrode coupled to the electric field, at least two switching elements and exactly one sensor electrode. The sensor electrode is electrically connected to the switching elements, for example via electrical conductors, and the switching elements are connected to the Coupling electrode connected. According to the invention, it is essential that the switching elements are each assigned a predetermined capacitance, which can also be referred to as coding capacitances, and that the capacitances differ from one another, so that when the respective switching element is actuated, a change in the electric field can be brought about by exactly one sensor electrode, which change depends on the respectively assigned capacitance and can be detected by the sensor element.

Da die Kapazität, welche einem Schaltelement zugeordnet ist, sowie die daraus resultierende Änderung des elektrischen Feldes vorbestimmt und somit vorbekannt ist, ist der von dem Sensorelement erfassten Änderung des elektrischen Feldes unmittelbar das zugehörige Schaltelement zuordenbar, sodass also aus der Änderung, d. h. Verlauf und der Höhe bzw. Stärke der Änderung, oder aber auch durch die sich aus der Änderung ergebenden Absolutwerte des elektrischen Feldes bestimmbar ist, welches Schaltelement betätigt wurde.Since the capacitance assigned to a switching element and the resulting change in the electric field are predetermined and thus known in advance, the change in the electric field detected by the sensor element can be directly assigned to the associated switching element, so that it is possible to determine which switching element was activated from the change, i.e. the course and the height or strength of the change, or from the absolute values of the electric field resulting from the change.

Gegenüber den bisher im Stand der Technik bekannten Bedieneinheiten führt das nicht nur zu einer Bauraumeinsparung, da nicht je Schaltelement eine Sensorelektrode d. h. mehrere Sensorelektroden, sondern nur noch eine einzige Sensorelektrode notwendig ist, sondern auch zu einer geringeren Störanfälligkeit, da insbesondere die Änderung des elektrischen Feldes auch bei Störeinflüssen im Wesentlichen unverändert ist. Wird von einem - im Vergleich zu einer mehrere Sensorelektroden aufweisenden Lösung - gleichbleibenden Bauraumbedarf ausgegangen, kann die genau eine Sensorelektrode größer bzw. mit einer größeren Sensorfläche ausgebildet werden, wodurch die Signalstärke verbessert werden kann und das Abdeckelement dicker ausgebildet werden kann.Compared to the control units known to date in the state of the art, this not only leads to a saving in installation space, since instead of one sensor electrode (i.e. several sensor electrodes) per switching element, but only a single sensor electrode is required, but also to a lower susceptibility to interference, since in particular the change in the electric field remains essentially unchanged even in the event of interference. If the installation space requirement is assumed to remain the same - compared to a solution with several sensor electrodes - the exact one sensor electrode can be made larger or with a larger sensor surface, which can improve the signal strength and make the cover element thicker.

Als Kapazitäten bzw. Kodierkapazitäten sind insbesondere Kondensatoren und weiter insbesondere Keramikkondensatoren verwendbar. Dies gilt auch für die im Weiteren noch genannte Referenzkapazität.Capacitors and, in particular, ceramic capacitors can be used as capacitances or coding capacitances. This also applies to the reference capacitance mentioned below.

Durch die erfindungsgemäß ermöglichte Miniaturisierung der Grundfläche der Schaltanordnung auf dem Abdeckelement und die dabei zugleich ermöglichte Erhöhung der Signalstärke bzw. der erfassbaren Änderungen des elektrischen Feldes, lässt sich eine Schaltanordnung wie beispielsweise ein Sitzverstellschalter durch Materialstärken des Abdeckelements von beispielsweise 10 mm hindurch sensieren, was zuvor nicht möglich war. Dadurch werden neuartige Designoptionen geschaffen, wie die Möglichkeit, eines schwebenden Effektes, wenn das Abdeckelement aus einem transparenten Material besteht. Weiter kann das Sensorelement auch unterhalb anderer Komponenten, wie z. B. LEDs oder Beleuchtungsmodule, angeordnet sein, sodass sich diese ebenfalls zwischen dem Sensorelement und der Schaltanordnung befinden.The miniaturization of the base area of the switching arrangement on the cover element made possible by the invention and the simultaneous increase in the signal strength or the detectable changes in the electric field means that a switching arrangement such as a seat adjustment switch can be sensed through material thicknesses of the cover element of, for example, 10 mm, which was not possible before. This creates new design options, such as the possibility of a floating effect if the cover element is made of a transparent material. Furthermore, the sensor element can also be arranged underneath other components, such as LEDs or lighting modules, so that these are also located between the sensor element and the switching arrangement.

Unabhängig davon, ob die kapazitive Bedieneinheit als Sitzverstellschalter eingesetzt wird oder allgemein als Bedieneinheit zur Steuerung anderer Funktionen, kann die Schaltanordnung als Wipp- und/oder Schiebetaster und alternativ oder zusätzlich als Wipp- und/oder Schiebeschalter ausgebildet werden. Als Taster wird dabei vorzugsweise verstanden, dass dieser aus zumindest einer seiner betätigten Stellungen, in welcher ein Schaltelement mechanisch betätigt ist, in eine neutrale Mittelstellung rückgestellt, insbesondere federrückgestellt, ist. Weiter wird als Schalter vorzugsweise verstanden, dass dieser ausgebildet ist, in zumindest einer seiner betätigten Stellungen, in welcher ein Schaltelement mechanisch betätigt ist, bis zu einer manuellen Rückstellung zu verharren und insbesondere lösbar zu verrasten.Regardless of whether the capacitive operating unit is used as a seat adjustment switch or generally as an operating unit for controlling other functions, the switching arrangement can be designed as a rocker and/or slide button and alternatively or additionally as a rocker and/or slide switch. A button is preferably understood to mean that it is returned, in particular spring-returned, from at least one of its actuated positions, in which a switching element is mechanically actuated, to a neutral middle position. Furthermore, a switch is preferably understood to mean that it is designed to remain in at least one of its actuated positions, in which a switching element is mechanically actuated, until it is manually reset and, in particular, to be releasably locked.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltanordnung eine sichtseitig des Abdeckelements und vorzugsweise an der Sichtseite des Abdeckelements fixierte Grundplatte aufweist, an welcher die Kopplungselektrode und/oder die Sensorelektrode angeordnet sind/ist.An advantageous development of the invention provides that the switching arrangement has a base plate which is fixed on the visible side of the cover element and preferably on the visible side of the cover element and on which the coupling electrode and/or the sensor electrode are/is arranged.

Hiervon ausgehend kann weiter vorgesehen sein, dass die Kopplungselektrode oder die Sensorelektrode als ein die Grundplatte an dem Abdeckelement umlaufender, elektrisch leitfähiger Rahmen ausgebildet ist. Alternativ kann die Kopplungselektrode oder die Sensorelektrode an einem die Grundplatte an dem Abdeckelement umlaufenden Rahmen angeordnet sein.Based on this, it can further be provided that the coupling electrode or the sensor electrode is designed as an electrically conductive frame that surrounds the base plate on the cover element. Alternatively, the coupling electrode or the sensor electrode can be arranged on a frame that surrounds the base plate on the cover element.

Ist eine Grundplatte vorgesehen, ergibt sich also, dass die Kopplungselektrode oder die Sensorelektrode oder aber sowohl Kopplungselektrode als auch Sensorelektrode beispielsweise als dünne Kontaktflächen an der Grundplatte und insbesondere an einer zu dem Sensorelement weisenden Seite der Grundplatte ausgebildet sind. Sind sowohl die Kopplungselektrode als auch die Sensorelektrode an der Grundplatte vorgesehen, kann auch eine der Elektroden und insbesondere die Kopplungselektrode die jeweils andere rahmenförmig umlaufen. Ist an der Grundplatte ausschließlich die Kopplungselektrode oder die Sensorelektrode vorgesehen, kann die jeweils andere Elektrode als der leitfähige Rahmen bzw. an dem Rahmen angeordnet sein, welcher die Grundplatte umläuft.If a base plate is provided, the coupling electrode or the sensor electrode or both the coupling electrode and the sensor electrode are designed, for example, as thin contact surfaces on the base plate and in particular on a side of the base plate facing the sensor element. If both the coupling electrode and the sensor electrode are provided on the base plate, one of the electrodes, and in particular the coupling electrode, can also run around the other in the form of a frame. If only the coupling electrode or the sensor electrode is provided on the base plate, the other electrode can be arranged as the conductive frame or on the frame that runs around the base plate.

Zwischen der Grundplatte und dem Abdeckelement kann zudem eine Anbindungsschicht zur Fixierung der Grundplatte an dem Abdeckelement angeordnet sein, wobei es sich bei dieser vorzugsweise um eine Klebeschicht handelt. Als Anbindungsschicht sind jedoch auch andere Varianten möglich, durch welche die Grundplatte an dem Abdeckelement fixierbar ist. So könnte beispielsweise auch eine Verrastung oder Verschraubung der Grundplatte an dem Abdeckelement vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann zwischen der Grundplatte und dem Abdeckelement eine rahmenförmige Abschirmung angeordnet sein, welche ausgebildet ist, das elektrische Feld zwischen dem kapazitiven Sensorelement, der Kopplungselektrode und der Sensorelektrode vor Störeinflüssen abzuschirmen.Between the base plate and the cover element, a bonding layer can also be arranged to fix the base plate to the cover element, which is preferably an adhesive layer. However, other variants are also possible in addition to the coating layer, by means of which the base plate can be fixed to the cover element. For example, a locking or screwing of the base plate to the cover element could also be provided. Additionally or alternatively, a frame-shaped shield can be arranged between the base plate and the cover element, which is designed to shield the electric field between the capacitive sensor element, the coupling electrode and the sensor electrode from interference.

Ist als Anbindungsschicht eine Klebeschicht und weiter vorzugsweise ein bei der Verarbeitung bis zu einer Aushärtung flüssiger Kleber zur Herstellung der Klebe- bzw. Anbindungsschicht vorgesehen, kann die rahmenförmige Abschirmung zudem integral als Begrenzung für den insbesondere zunächst flüssigen Kleber dienen und ausgebildet sein.If an adhesive layer and, further preferably, an adhesive which is liquid during processing until it hardens is provided as the bonding layer for producing the adhesive or bonding layer, the frame-shaped shield can also serve and be designed integrally as a limitation for the adhesive, which is in particular initially liquid.

Ferner kann die kapazitive Bedieneinheit eine mit dem Sensorelement einen Signalaustausch ermöglichend verbundene Auswerteeinheit aufweisen. Die Auswerteeinheit ist hierbei ausgebildet, aus der durch das Sensorelement erfassten Änderung des elektrischen Feldes das Schaltelement zu ermitteln, dessen Betätigung zu der Änderung des elektrischen Feldes geführt hat.Furthermore, the capacitive operating unit can have an evaluation unit connected to the sensor element to enable a signal exchange. The evaluation unit is designed to determine the switching element whose actuation led to the change in the electric field from the change in the electric field detected by the sensor element.

Diesbezüglich ist zunächst grundsätzlich festzustellen, dass die Auswerteeinheit beispielsweise den zeitlichen Verlauf der Änderung auswertet, sodass ein Schalten eines Sensorelements nur dann erkannt wird, wenn der Verlauf der Änderung einem vorbestimmten, insbesondere steilen Verlauf, folgt. Das von dem Sensorelement erfasste Signal weist hierbei beispielsweise eine steile Flanke auf. Findet die Änderung nicht plötzlich statt, besitzt also keine steile Flanke, kann es sich um eine durch äußere Störeinflüsse bedingte Änderung handeln.In this regard, it should first be noted that the evaluation unit evaluates, for example, the temporal progression of the change, so that a switching of a sensor element is only detected if the progression of the change follows a predetermined, particularly steep, progression. The signal detected by the sensor element has, for example, a steep edge. If the change does not occur suddenly, i.e. does not have a steep edge, it may be a change caused by external interference.

Wird durch die Auswerteeinheit - beispielsweise durch steile Flanken des von dem Sensorelement gemessenen Signals - eine Betätigung eines Schaltelements erkannt, kann die Höhe bzw. das Delta der Änderung ausgewertet und einer Kapazität bzw. einer Kodierkapazität zugeordnet werden, sodass also unmittelbar das Schaltelement bestimmbar ist, welchem die Kapazität zugeordnet ist.If the evaluation unit detects an actuation of a switching element - for example, due to steep edges of the signal measured by the sensor element - the magnitude or delta of the change can be evaluated and assigned to a capacitance or a coding capacitance, so that the switching element to which the capacitance is assigned can be determined directly.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Kopplungselektrode mit der Sensorelektrode über eine Referenzkapazität verbunden ist, sodass also von dem Sensorelement ein Referenzsignal bzw. Grundwert ermittelbar ist, gegenüber welchem dann die Änderung bei Betätigung eines der Schaltelemente stattfindet.Furthermore, it can be provided that the coupling electrode is connected to the sensor electrode via a reference capacitance, so that a reference signal or base value can be determined from the sensor element, against which the change then takes place when one of the switching elements is actuated.

Oftmals ist vorgesehen, dass durch entsprechende Führungselemente und Anschläge jeweils nur ein Schaltelement gleichzeitig betätigbar ist. Hierbei ist ausreichend, wenn sich die Kodierkapazitäten unterscheiden, sodass also aus der zu der Kodierkapazität korrespondierenden Änderung des elektrischen Feldes das jeweils betätigbare Schaltelement bestimmbar ist.It is often intended that only one switching element can be actuated at a time using appropriate guide elements and stops. In this case, it is sufficient if the coding capacitances differ, so that the switching element that can be actuated can be determined from the change in the electric field corresponding to the coding capacitance.

Abhängig von der Anwendung und beispielsweise auch bei Sitzverstellschaltern kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere Schaltelemente zugleich betätigbar sind. Kommt es durch gleichzeitige Betätigung mehrerer Schaltelemente zu einer Änderung des elektrischen Feldes, überlagern sich die durch die einzelnen Kodierkapazitäten bedingten Änderungen. In einem solchen Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kapazitäten vorbestimmte Werte aufweisen, durch welche bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Schaltelemente die betätigten Schaltelemente bestimmbar sind. Hierfür werden die Kapazitäten vorzugsweise entsprechend einer geometrische Zahlenfolge gewählt, sodass bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Schaltelemente die betätigten Schaltelemente bestimmbar sind. Sind die vier Kapazitäten von vier Schaltelementen, beispielsweise korrespondierend zu der Zahlenfolge 1, 2, 4 und 8 gewählt, kann aus einer Änderung des elektrischen Feldes abgelesen werden, welche Kombination von Schaltelementen betätigt ist, da sowohl die Betätigung eines einzelnen Schaltelements als auch jede Kombination von Betätigten Schaltelementen zu einer spezifischen kapazitiven Änderung führt.Depending on the application and, for example, in the case of seat adjustment switches, it can also be provided that several switching elements can be actuated at the same time. If the simultaneous actuation of several switching elements leads to a change in the electrical field, the changes caused by the individual coding capacitances overlap. In such a case, it is preferably provided that the capacitances have predetermined values by which the actuated switching elements can be determined when several switching elements are actuated at the same time. For this purpose, the capacitances are preferably selected according to a geometric sequence of numbers, so that the actuated switching elements can be determined when several switching elements are actuated at the same time. If the four capacitances of four switching elements are selected, for example corresponding to the sequence of numbers 1, 2, 4 and 8, it can be read from a change in the electrical field which combination of switching elements is actuated, since both the actuation of an individual switching element and each combination of actuated switching elements leads to a specific capacitive change.

Die Schaltelemente weisen jeweils vorzugsweise einen elektrisch leitenden Kontaktkörper zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der Kopplungselektrode und der genau einen Sensorelektrode und/oder ein Gehäuse auf, auf welches zur Betätigung des jeweiligen Schaltelements einwirkbar ist.The switching elements each preferably have an electrically conductive contact body for establishing the electrical connection between the coupling electrode and the precisely one sensor electrode and/or a housing which can be acted upon to actuate the respective switching element.

Gemäß einer Variante, bei welcher die Bedieneinheit bzw. deren Schaltanordnung als Schiebetaster oder Schiebeschalter ausgebildet ist, weist die Schaltanordnung bevorzugt einen sich orthogonal zu dem Abdeckelement erstreckenden Mittelträger auf, an welchem die Schaltelemente entlang eines zu der Sichtseite des Abdeckelements parallel verlaufenden Schaltwegs betätigbar gehalten sind.According to a variant in which the operating unit or its switching arrangement is designed as a slide button or slide switch, the switching arrangement preferably has a central carrier extending orthogonally to the cover element, on which the switching elements are held so as to be operable along a switching path running parallel to the visible side of the cover element.

Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass die Schaltanordnung zumindest eine Gruppe aus zwei Schaltelementen aufweist, wobei sich die zwei Schaltelemente der Gruppe paarweise und in entgegengesetzte Richtungen betätigbar gegenüberliegen.Preferably, the switching arrangement comprises at least one group of two switching elements, wherein the two switching elements of the group are arranged opposite one another in pairs and can be actuated in opposite directions.

Weiter kann die Schaltanordnung ein durch den Bediener betätigbares, elektrisch nichtleitendes Bedienelement aufweisen, welches ausgebildet ist, bei einer Betätigung unmittelbar schaltend auf zumindest eines der Schaltelemente zu wirken.Furthermore, the switching arrangement can have an electrically non-conductive operating element that can be actuated by the operator and is designed to have a direct switching effect on at least one of the switching elements when actuated.

Das Bedienelement kann hierbei ausgebildet sein, zumindest eines der Schaltelemente bei einer zu einer sichtseitigen Oberfläche des Abdeckelements vorzugsweise im Wesentlichen parallelen translatorischen Bewegung zu betätigen.The operating element can be designed to actuate at least one of the switching elements in a translational movement that is preferably substantially parallel to a visible surface of the cover element.

Weiter kann das Bedienelement einstückig ausgebildet sein und/oder in eine neutrale Mittelstellung federrückgestellt sein und/oder an einer von den Schaltelementen abgewandten Außenseite eine Grifffläche zur Interaktion mit dem Bediener ausbilden.Furthermore, the operating element can be formed in one piece and/or be spring-returned to a neutral central position and/or form a gripping surface for interaction with the operator on an outer side facing away from the switching elements.

Eine alternative Variante, bei welcher die Bedieneinheit bzw. deren Schaltanordnung als Wipptaster oder Wippschalter ausgebildet ist, sieht zudem vor, dass die Schaltelemente an einem parallel des Abdeckelements erstreckenden Zwischenträger angeordnet sind, bei welchem es sich auch unmittelbar um die Grundplatte handeln kann. Die Schaltelemente sind dabei in eine zu dem Abdeckelement orthogonale Richtung betätigbar, sodass das Bedienelement kippbar zwischen den Schaltelementen gelagert und somit als Wippe ausgebildet sein kann und abhängig von seiner Verkippung zumindest eines der Schaltelemente betätigt.An alternative variant, in which the operating unit or its switching arrangement is designed as a rocker button or rocker switch, also provides that the switching elements are arranged on an intermediate support extending parallel to the cover element, which can also be the base plate itself. The switching elements can be actuated in a direction orthogonal to the cover element, so that the operating element can be tiltably mounted between the switching elements and thus designed as a rocker and actuates at least one of the switching elements depending on its tilting.

An seiner Sichtseite kann das Abdeckelement unmittelbar eine Sichtoberfläche ausbilden, wobei alternativ vorgesehen sein kann, dass zwischen dem Abdeckelement und der Schaltanordnung und beispielsweise an der Sichtseite des Abdeckelements eine das Abdeckelement vorzugsweise im Wesentlichen vollständig überdeckende Dekorschicht vorgesehen ist.On its visible side, the cover element can directly form a visible surface, wherein alternatively it can be provided that a decorative layer is provided between the cover element and the switching arrangement and, for example, on the visible side of the cover element, preferably essentially completely covering the cover element.

Ist das Abdeckelement transparent, kann zudem zur Herstellung eines Tiefeneffekts vorgesehen sein, dass das Abdeckelement rückseitig und insbesondere an seiner Rückseite eine das Abdeckelement vorzugsweise im Wesentlichen vollständig überdeckende Dekorschicht aufweist.If the cover element is transparent, it can also be provided, in order to produce a depth effect, that the cover element has a decorative layer on the back and in particular on its rear side, which preferably covers the cover element substantially completely.

Obgleich für das Sensorelement jeder Sensor oder jede Sensoranordnung verwendet werden kann, welche sowohl ein elektrisches Feld erzeugt als auch eine Änderung des elektrischen Feldes detektiert, hat sich als besonders einfach und kosten- sowie auch montageeffizient erwiesen, wenn das Sensorelement kapazitive Touchfolie und insbesondere eine ITO-Folie (Indiumzinnoxid-Folie) bzw. ITO-Schicht ist, welche sich flächig rückseitig oder auf der Rückseite des Abdeckelements oder auf der Sichtseite des Abdeckelements erstreckt.Although any sensor or sensor arrangement that both generates an electric field and detects a change in the electric field can be used for the sensor element, it has proven to be particularly simple and cost-effective as well as assembly-efficient if the sensor element is a capacitive touch foil and in particular an ITO foil (indium tin oxide foil) or ITO layer that extends flatly on the back or on the back of the cover element or on the visible side of the cover element.

Ist die Touchfolie an der Sichtseite vorgesehen, kann - wie bereits erläutert - zwischen der Touchfolie und der Schaltanordnung eine Dekorschicht und/oder eine Schutzschicht angeordnet sein, wobei diese auch integral miteinander angeordnet sein können.If the touch foil is provided on the visible side, a decorative layer and/or a protective layer can be arranged between the touch foil and the switching arrangement - as already explained - whereby these can also be arranged integrally with one another.

Eine so vorgesehene Schutzschicht kann dabei als Folie oder Lack und soweit erforderlich transparent ausgebildet sein.Such a protective layer can be designed as a film or varnish and, if necessary, can be transparent.

Insbesondere bei der Verwendung einer ITO-Schicht bzw. ITO-Folie, welche selbst im Wesentlichen transparent ausgebildet sein kann, lässt sich die Schaltanordnung auch auf transparenten Abdeckelementen aufbringen ohne ersichtliche optische Zuleitungen. Damit können nun hochwertige transparente Oberflächen mit einem haptischen und passiven Bedienelement ausgestattet werden.In particular, when using an ITO layer or ITO film, which can itself be essentially transparent, the switching arrangement can also be applied to transparent cover elements without any visible optical leads. This means that high-quality transparent surfaces can now be equipped with a haptic and passive control element.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Berührbildschirm, welcher auch als Touchscreen bezeichnet werden kann. Dieser weist ein Sensorelement zur Erfassung einer Berührung des Bildschirms durch einen Benutzer sowie ein Abdeckelement zur Über- bzw. Abdeckung des Bildschirms auf. Dabei ist vorgesehen, dass das kapazitive Sensorelement der kapazitiven Bedieneinheit ein Sensorelement des Berührbildschirms ist. Weiter ist das Abdeckelement der kapazitiven Bedieneinheit das Abdeckelement des Berührbildschirms, wobei es sich hierbei beispielsweise um ein Deckglas handeln kann.Another aspect of the invention relates to a touchscreen, which can also be referred to as a touchscreen. This has a sensor element for detecting a touch of the screen by a user and a cover element for covering or covering the screen. It is provided that the capacitive sensor element of the capacitive operating unit is a sensor element of the touchscreen. Furthermore, the cover element of the capacitive operating unit is the cover element of the touchscreen, which can be a cover glass, for example.

Die kapazitive Bedieneinheit und der Berührbildschirm bilden hierbei entsprechend eine Einheit, wobei die Schaltanordnung zur Herstellung dieser Einheit beispielsweise auf das Deckglas bzw. das Abdeckelement des Touchscreens aufgeklebt werden kann. Weiter kann dann eine Auswerteeinheit des Touchscreens zur Erfassung der Berührung des Touchscreens integral als Auswerteeinheit der kapazitiven Bedieneinheit dienen, wobei diese dann hierfür entsprechend weiter angepasst werden kann, sodass diese ausgebildet ist, aus der durch das Sensorelement erfassten Änderung des elektrischen Feldes das Schaltelement zu ermitteln, dessen Betätigung zu der Änderung des elektrischen Feldes geführt hat.The capacitive operating unit and the touchscreen form a unit, whereby the switching arrangement for producing this unit can be glued, for example, to the cover glass or the covering element of the touchscreen. Furthermore, an evaluation unit of the touchscreen for detecting the touch of the touchscreen can then serve integrally as an evaluation unit of the capacitive operating unit, whereby this can then be further adapted accordingly so that it is designed to determine the switching element whose actuation led to the change in the electric field from the change in the electric field detected by the sensor element.

Grundsätzlich kann statt eines Touchscreens bzw. statt eines Berührbildschirms auch ein Display oder ein anderes Anzeigeelement mit einem beispielsweise als Deckglas ausgebildeten Abdeckelement vorgesehen sein, auf welches die Schaltanordnung aufgebracht und insbesondere aufgeklebt sein kann, sodass das Display und die kapazitive Bedieneinheit eine integral ausgebildete Einheit bilden.In principle, instead of a touchscreen or a touch screen, a display or another display element with a cover element designed, for example, as a cover glass can be provided, to which the switching arrangement can be applied and in particular glued, so that the display and the capacitive operating unit form an integrally formed unit.

Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.The features disclosed above can be combined as desired, as long as this is technically possible and they do not contradict each other.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

1 eine erste Variante einer Bedieneinheit mit einem Bedienelement in neutraler Mittelstellung;
2 das kapazitive Bedienelement gemäß 1 in einer betätigten Stellung;
3 eine zweite Variante einer Bedieneinheit;
4 eine dritte Variante einer Bedieneinheit;
5 eine vierte Variante einer Bedieneinheit;
6 ein Touchscreen mit einer Bedieneinheit;
7 eine alternative Ausführung einer Schaltanordnung;
8 ein Ersatzschaltbild einer fünften Variante einer Bedieneinheit;
9 ein Signalverlauf bei der fünften Variante der Bedieneinheit;
10 ein Ersatzschaltbild einer sechsten Variante einer Bedieneinheit;
11 ein Signalverlauf bei der sechsten Variante der Bedieneinheit.

Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are described in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. They show:

1 a first variant of an operating unit with an operating element in a neutral middle position;
2 the capacitive control element according to 1 in an actuated position;
3 a second variant of a control unit;
4 a third variant of a control unit;
5 a fourth variant of a control unit;
6 a touchscreen with a control unit;
7 an alternative embodiment of a switching arrangement;
8 an equivalent circuit diagram of a fifth variant of a control unit;
9 a signal curve in the fifth variant of the control unit;
10 an equivalent circuit diagram of a sixth variant of a control unit;
11 a signal curve in the sixth variant of the control unit.

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.The figures are schematic examples. Identical reference symbols in the figures indicate identical functional and/or structural features.

Gemäß den in den 1 bis 4 dargestellten Varianten, weist die kapazitive Bedieneinheit 1 im Wesentlichen ein kapazitives Sensorelement 30, eine Schaltanordnung 10 und ein diese voneinander trennendes Abdeckelement 20 auf, wobei das Sensorelement 30 an einer Rückseite 23 bzw. einer rückseitigen Oberfläche des Abdeckelements 20 und die Schaltanordnung 10 auf einer Sichtseite 21 bzw. einer sichtseitigen Oberfläche des Abdeckelements 20 angeordnet und fixiert sind.According to the 1 to 4 illustrated variants, the capacitive operating unit 1 essentially has a capacitive sensor element 30, a switching arrangement 10 and a cover element 20 separating them from one another, wherein the sensor element 30 is arranged and fixed on a rear side 23 or a rear surface of the cover element 20 and the switching arrangement 10 is arranged and fixed on a visible side 21 or a visible surface of the cover element 20.

Durch das Abdeckelement 20 sind die Schaltanordnung 10 und das Sensorelement 30 vollständig voneinander getrennt und voneinander unabhängig, sodass neben der mittelbaren mechanischen Verbindung über das Abdeckelement 20 lediglich eine Wirkverbindung über ein elektrisches Feld besteht. Hierzu ist das Sensorelement 30 ausgebildet, ein elektrisches Feld zu erzeugen und eine Änderung bzw. einen zugehörigen Verlauf und eine zugehörige Höhe bzw. Stärke der Änderung des elektrischen Feldes zu erfassen.The cover element 20 completely separates the switching arrangement 10 and the sensor element 30 from each other and makes them independent of each other, so that in addition to the indirect mechanical connection via the cover element 20, there is only an active connection via an electric field. For this purpose, the sensor element 30 is designed to generate an electric field and to detect a change or an associated course and an associated height or strength of the change in the electric field.

Die Schaltanordnung 10 ist dazu korrespondierend ausgebildet, bei einer Betätigung durch einen Bediener die Änderung des elektrischen Feldes zu bewirken, welche entsprechend von dem Sensorelement 30 erfassbar ist.The switching arrangement 10 is designed to cause a change in the electric field when actuated by an operator, which can be detected by the sensor element 30.

Hierfür besitzt die Schaltanordnung 10 eine mit dem elektrischen Feld gekoppelte Kopplungselektrode 11, vorliegend zwei Schaltelemente 40, wobei auch mehr Schaltelemente 40 vorgesehen sein können, und unabhängig von der Anzahl der Schaltelemente 40 genau eine Sensorelektrode 12, wobei in jedem über ein Schaltelement 40 führenden elektrischen Pfad eine Kapazität 13, 14 angeordnet ist, sodass also jedem Schaltelemente 40 jeweils eine vorbestimmte Kapazität 13, 14 zugeordnet ist, durch welche es bei Betätigung des Schaltelements 40 zu einer vorbestimmten Änderung des elektrischen Feldes kommt.For this purpose, the switching arrangement 10 has a coupling electrode 11 coupled to the electric field, in the present case two switching elements 40, although more switching elements 40 can also be provided, and, regardless of the number of switching elements 40, exactly one sensor electrode 12, wherein a capacitance 13, 14 is arranged in each electrical path leading via a switching element 40, so that each switching element 40 is assigned a predetermined capacitance 13, 14, which causes a predetermined change in the electric field when the switching element 40 is actuated.

Da die Kapazitäten 13, 14 und somit die daraus resultierende Änderung des elektrischen Feldes vorbekannt sind, kann aus der durch das Sensorelement 30 erfassten Änderung des elektrischen Feldes abgeleitet werden, welches Schaltelement 40 betätigt wurde.Since the capacitances 13, 14 and thus the resulting change in the electric field are known in advance, it can be deduced from the change in the electric field detected by the sensor element 30 which switching element 40 was actuated.

Konkret ist vorliegend vorgesehen, dass die Kopplungselektrode 11 über erste elektrische Leitungen 71 mit den Schaltelementen 40 und diese über zweite elektrische Leitungen 72 mit der Sensorelektrode 12 verbunden sind, wobei die auch als Kodierkapazitäten bezeichenbaren Kapazitäten 13, 14 den Schaltelementen 40 über die ersten elektrischen Leitungen 71 vorgeschalten sind, wobei diese den Schaltelementen 40 auch nachgeschaltet sein können.Specifically, it is provided here that the coupling electrode 11 is connected to the switching elements 40 via first electrical lines 71 and these are connected to the sensor electrode 12 via second electrical lines 72, wherein the capacitances 13, 14, which can also be referred to as coding capacitances, are connected upstream of the switching elements 40 via the first electrical lines 71, wherein these can also be connected downstream of the switching elements 40.

Um auch unabhängig von einer Betätigung der Schaltelemente 40 ein für das Sensorelement 30 messbares Basissignal bzw. eine „Baseline“ liefern zu können, anhand derer Störeinflüsse beobachtbar und berücksichtigbar sind, ist ferner eine Referenzkapazität 15 vorgesehen, welche die Kopplungselektrode 11 mit der Sensorelektrode 12 verbindet.In order to be able to provide a measurable base signal or a “baseline” for the sensor element 30 independently of an actuation of the switching elements 40, on the basis of which interference influences can be observed and taken into account, a reference capacitance 15 is also provided, which connects the coupling electrode 11 to the sensor electrode 12.

Gemäß den 1 bis 6 ist die Bedieneinheit 1 bzw. deren Schaltanordnung 10 als Schiebetaster ausgebildet, sodass die Betätigung entlang einer zu der Oberfläche des Abdeckelements 20 parallelen Richtung erfolgt.According to the 1 to 6 the operating unit 1 or its switching arrangement 10 is designed as a slide switch, so that the actuation takes place along a direction parallel to the surface of the cover element 20.

Wird das Bedienelement 50 aus der neutralen Mittelstellung gemäß 1 durch eine von dem Bediener aufgebrachte Kraft K entlang des ersten Betätigungsweges X bzw. in eine erste Betätigungsrichtung in eine erste betätigte Stellung gemäß 2 ausgelenkt, wird durch das Bedienelement 50 ein erstes Schaltelement 40 betätigt, sodass das durch die Sensorelektrode 12 eingekoppelte elektrische Feld, basierend auf der dem betätigten Schaltelement 40 zugeordneten Kapazität 14 geändert wird. Diese Änderung wird durch das Sensorelement 30 erfasst, wobei aus der zu der Kapazität 14 korrespondierenden Änderung des elektrischen Feldes durch die Auswerteeinheit 60 bestimmbar ist, welches der Schaltelemente 40 betätigt wurde.If the control element 50 is moved from the neutral center position according to 1 by one of the Operator applied force K along the first actuation path X or in a first actuation direction into a first actuated position according to 2 deflected, a first switching element 40 is actuated by the operating element 50, so that the electric field coupled in by the sensor electrode 12 is changed based on the capacitance 14 assigned to the actuated switching element 40. This change is detected by the sensor element 30, and the evaluation unit 60 can determine which of the switching elements 40 was actuated from the change in the electric field corresponding to the capacitance 14.

Bei einer Auslenkung in die dem Betätigungsweg X entgegengesetzte Richtung durch eine entsprechend entgegengesetzte Kraft, wird durch das Bedienelement 50 ein zweites, gegenüberliegendes Schaltelement 40 betätigt, sodass es mittels der zugehörigen Kapazität 13 ebenfalls zu einer zu der Kapazität 13 korrespondierenden Änderung des elektrischen Feldes kommt, welche wiederum durch das Sensorelement 30 erfassbar ist, sodass die Auswerteeinheit 60 aus der Änderung des elektrischen Feldes ermitteln kann, welches Schaltelement 40 betätigt wurde.In the event of a deflection in the direction opposite to the actuation path X by a correspondingly opposite force, a second, opposite switching element 40 is actuated by the operating element 50, so that by means of the associated capacitance 13 there is also a change in the electric field corresponding to the capacitance 13, which in turn can be detected by the sensor element 30, so that the evaluation unit 60 can determine from the change in the electric field which switching element 40 was actuated.

Bezüglich des in den 1 bis 6 dargestellten mechanischen Aufbaus ist festzustellen, dass die Schaltanordnung 10 eine Grundplatte 16 aufweist, welche durch eine Anbindungs- bzw. Klebeschicht 24 an der sichtseitigen Oberfläche des Abdeckelements 20 fixiert ist. An der Grundplatte 16 bzw. zwischen Grundplatte 16 und der Sichtseite 21 des Abdeckelements 20 sind die Sensorelektrode 12 sowie gegebenenfalls die Kopplungselektrode 11 angeordnet.Regarding the 1 to 6 From the mechanical structure shown, it can be seen that the switching arrangement 10 has a base plate 16 which is fixed to the visible surface of the cover element 20 by a bonding or adhesive layer 24. The sensor electrode 12 and, if applicable, the coupling electrode 11 are arranged on the base plate 16 or between the base plate 16 and the visible side 21 of the cover element 20.

Von der Grundplatte 16 erstreckt sich orthogonal zu der sichtseitigen Oberfläche des Abdeckelements 20 ein Mittelträger 18, an welchem an zwei einander gegenüberliegenden Seiten die zwei Schaltelemente 40 gehalten werden. Ferner ist das Bedienelement 50, dessen Oberfläche an seiner Außenseite 51 unmittelbar als Grifffläche für den Bediener dient, durch Federelemente 19 in eine neutrale Mittelstellung federrückgestellt gelagert.A central support 18 extends from the base plate 16 orthogonally to the visible surface of the cover element 20, on which the two switching elements 40 are held on two opposite sides. Furthermore, the operating element 50, the surface of which on its outer side 51 serves directly as a grip surface for the operator, is spring-returned to a neutral central position by spring elements 19.

Die Schaltelemente 40 besitzen für die schaltbare Verbindung der Kopplungselektrode 11 mit der Sensorelektrode 12 einen bewegbaren elektrisch leitfähigen Kontaktkörper 41, welcher von einem vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen Gehäuse 42 ummantelt ist, sodass an einer Innenseite des Bedienelements 50 gegebenenfalls vorgesehene Vorsprünge 52 die elektrische Verbindung herstellend auf das Gehäuse 42 wirken können. Der Einsatz elektrisch leitfähiger Gehäuse 42, insbesondere bei der Verwendung von Schnappscheiben, ist jedoch nicht ausgeschlossen.The switching elements 40 have a movable electrically conductive contact body 41 for the switchable connection of the coupling electrode 11 to the sensor electrode 12, which is encased in a preferably electrically non-conductive housing 42, so that projections 52 provided on an inner side of the operating element 50 can act on the housing 42 to establish the electrical connection. The use of electrically conductive housings 42, in particular when using snap disks, is not excluded, however.

Hinsichtlich der Federrückstellung des Bedienelements 50 in die neutrale Mittelstellung kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die beiden Schaltelemente 40 in eine offene, d. h. nicht betätigte bzw. unbetätigte Grundstellung federrückgestellt sind, wobei das Bedienelement 50 jeweils beispielsweise in seiner neutralen Mittelstellung über die Vorsprünge 52 unmittelbar an den Schaltelementen 40 anliegt. Wird eines der Schaltelemente 40 aus einer betätigten Stellung in seine unbetätigte Grundstellung federrückgestellt, wird entsprechend zugleich das Bedienelement 50 federrückgestellt.With regard to the spring return of the operating element 50 to the neutral middle position, it can alternatively be provided that the two switching elements 40 are spring-returned to an open, i.e. non-actuated or unactuated basic position, wherein the operating element 50, for example in its neutral middle position, rests directly on the switching elements 40 via the projections 52. If one of the switching elements 40 is spring-returned from an actuated position to its non-actuated basic position, the operating element 50 is spring-returned at the same time.

Wie in 3 dargestellt und insbesondere bei der Verwendung eines zunächst flüssigen Klebstoffs für die Anbindungsschicht 24 vorteilhaft, ist an der Grundplatte 16 eine die Anbindungsschicht 24 rahmenförmig umlaufende Abschirmung 25 vorgesehen, welche einerseits das elektrische Feld vor Störeinflüssen abschirmt und andererseits als mechanische Begrenzung für den flüssigen Klebstoff bis zu dessen Aushärtung dienen kann.As in 3 As shown and is particularly advantageous when using an initially liquid adhesive for the bonding layer 24, a shield 25 is provided on the base plate 16 which runs around the bonding layer 24 in the form of a frame, which on the one hand shields the electric field from interference and on the other hand can serve as a mechanical limitation for the liquid adhesive until it hardens.

Ferner ist in 3 eine hiervon unabhängige sowie beispielhafte Variante dargestellt, wonach das Abdeckelement 20 transparent ausgebildet ist und rückseitig eine Dekorschicht 22 aufweist, sodass also mittels des transparenten und beispielsweise aus Glas bestehenden Abdeckelements 20 ein optisch ansprechender Tiefeneffekt erzielbar ist.Furthermore, in 3 An independent and exemplary variant is shown, according to which the cover element 20 is transparent and has a decorative layer 22 on the back, so that a visually appealing depth effect can be achieved by means of the transparent cover element 20 consisting, for example, of glass.

Die Variante gemäß 4 sieht zusätzlich zu der Grundplatte 16 einen diese umlaufenden Rahmen 17 vor, welcher vorliegend metallisch und integral als Koppelelektrode 11 ausgebildet ist, wodurch auch integral eine Abschirmung der Sensorelektrode 12 bereitgestellt wird.The variant according to 4 In addition to the base plate 16, it provides a frame 17 surrounding it, which in the present case is metallic and integrally formed as a coupling electrode 11, whereby a shielding of the sensor electrode 12 is also integrally provided.

Obgleich dies auch für die anderen Varianten gilt, ist in 4 dargestellt, dass die Sensorelektrode 12 großflächig ausgebildet ist, wodurch sich die Signalstärke des von dem Sensorelement 30 erfassbaren elektrischen Feldes verbessert, sodass auch der Abstand des Sensorelement 30 von der Sensorelektrode 12 vergrößert werden kann.Although this also applies to the other variants, in 4 shown that the sensor electrode 12 is designed with a large area, whereby the signal strength of the electric field detectable by the sensor element 30 is improved, so that the distance of the sensor element 30 from the sensor electrode 12 can also be increased.

Hierdurch ist zwischen dem Abdeckelement 20 und dem Sensorelement 30 eine zusätzliche Funktionsschicht 61 mit weiteren elektrischen Komponenten und insbesondere Beleuchtungselementen, wie beispielsweise LEDs, anordenbar.As a result, an additional functional layer 61 with further electrical components and in particular lighting elements, such as LEDs, can be arranged between the cover element 20 and the sensor element 30.

Bei der Variante gemäß 5 ist eine transparente ITO-Schicht als Sensorelement 30 vorgesehen, wobei diese an der Sichtseite 21 des Abdeckelements 20 angeordnet ist, welches aus Glas oder einem anderen transparenten Material besteht. Die Schaltanordnung 10 bzw. die Grundplatte 16 ist unmittelbar auf der ITO-Schicht angeordnet, wodurch sich die kapazitive Kopplung stark verbessert. Dennoch kann zwischen dem Sensorelement 30 und der Grundplatte 16 eine Schutzschicht oder Schutzfolie angeordnet sein.In the variant according to 5 A transparent ITO layer is provided as a sensor element 30, which is arranged on the visible side 21 of the cover element 20, which consists of glass or another transparent material. The switching arrangement 10 or the base plate 16 is arranged directly on the ITO layer, which greatly improves the capacitive coupling. sert. Nevertheless, a protective layer or protective film can be arranged between the sensor element 30 and the base plate 16.

In 6 ist ein Touchscreen bzw. ein Berührbildschirm dargestellt, welcher über ein rückseitig des Abdeckelements 20 angeordnetes aber nicht dargestelltes Display, ein zwischen Display und Abdeckelement 20 angeordnetes Sensorelement 30 zur Erfassung einer Berührung des Touchscreens und das Abdeckelement 20 verfügt, wobei dieses beispielsweise ein Deckglas oder ein anderes transparentes Material sein kann. An der Sichtseite 21 des Abdeckelements 20 ist die Schaltanordnung 10 bzw. Grundplatte 16 angeklebt, sodass der Berührbildschirm und die kapazitive Bedieneinheit 1 eine Einheit bilden.In 6 a touchscreen or touchscreen is shown, which has a display arranged on the back of the cover element 20 but not shown, a sensor element 30 arranged between the display and the cover element 20 for detecting a touch of the touchscreen and the cover element 20, whereby this can be, for example, a cover glass or another transparent material. The switching arrangement 10 or base plate 16 is glued to the visible side 21 of the cover element 20, so that the touchscreen and the capacitive operating unit 1 form a unit.

In der 7 ist eine alternative Ausführung einer Schaltanordnung 10 dargestellt, bei welcher diese als ein Wipptaster ausgebildet ist. Statt eines Schiebetasters, wie er in den 1 bis 6 vorgesehen ist, kann bei den Varianten gemäß den 1 bis 6 ebenso eine als Wipptaster ausgeführte Schaltanordnung 10 gemäß beispielsweise der 7 verwendet werden.In the 7 An alternative embodiment of a switching arrangement 10 is shown, in which it is designed as a rocker switch. Instead of a sliding switch, as in the 1 to 6 is provided, can be used in the variants according to the 1 to 6 also a switching arrangement 10 designed as a rocker switch according to, for example, the 7 be used.

Durch die Ausbildung der Schaltanordnung 10 als Wipptaster, erfolgt die Betätigung nicht entlang einer Richtung parallel der Sichtseite, sondern entlang einer zu der Oberfläche des Abdeckelements 20 orthogonalen Richtung erfolgt. Wird also von einem Bediener eine Kraft K auf den Wipptaster bzw. auf die Außenseite 51 des Bedienelements 50 aufgebracht, schwenkt dieser um die Schwenkachse R mit einem seiner jeweiligen Vorsprünge 52 gegen ein jeweilige Schaltelement 40 und betätigt dieses.By designing the switching arrangement 10 as a rocker switch, the actuation does not take place along a direction parallel to the visible side, but along a direction orthogonal to the surface of the cover element 20. If a force K is therefore applied by an operator to the rocker switch or to the outside 51 of the operating element 50, the latter pivots about the pivot axis R with one of its respective projections 52 against a respective switching element 40 and actuates it.

Statt eines Mittelträgers 18 sieht die Schaltanordnung 10 gemäß 7 einen orthogonal verlaufenden Zwischenträger vor, wobei dieser integral mit der Grundplatte 16 ausgebildet ist. Entsprechend sind die Schaltelemente 40 sowie auch die Kapazitäten bzw. Kodierkapazitäten 13, 14 auf der Grundplatte 16 angeordnet und elektrisch miteinander kontaktiert.Instead of a central carrier 18, the switching arrangement 10 according to 7 an orthogonally extending intermediate carrier, which is formed integrally with the base plate 16. Accordingly, the switching elements 40 as well as the capacitors or coding capacitors 13, 14 are arranged on the base plate 16 and electrically contacted with one another.

An der Grundplatte 16 ist ferner eine Schwenk- bzw. Wippmechanik 53 vorgesehen, durch welche das Bedienelement 50 um die Rotationsachse R schwenk- bzw. wippbar gehalten wird. Eine Federrückstellung kann vorgesehen sein und beispielsweise auch integral durch die Schaltelemente 40 ausgebildet werden, ist vorliegend jedoch nicht dargestellt.Furthermore, a pivoting or rocking mechanism 53 is provided on the base plate 16, by means of which the operating element 50 is held pivotably or rockably about the rotation axis R. A spring return can be provided and, for example, can also be formed integrally by the switching elements 40, but is not shown here.

Abweichend von einem schematischen mechanischen Aufbau gemäß den 1 bis 7 zeigen die 8 bis 11 ein Ersatzschaltbild sowie zugehörige Signalverläufe zweier unterschiedlicher Konfigurationen von erfindungsgemäßen kapazitiven Bedieneinheiten 1. Obgleich es sich bei den in den 8 und 10 dargestellten Ersatzschaltbildern je um ein Ersatzschaltbild einer Variante gemäß den 1 bis 7 handeln kann, zeigen die 8 und 10 vorzugsweise ein Ersatzschaltbild einer als Sitzverstellschalter ausgebildeten kapazitiven Bedieneinheit 1. Klarstellend soll hervorgehoben werden, dass es sich auch bei dem Sitzverstellschalter um einen Wipp- und/oder Schiebetaster/-schalter handeln kann und das die Ersatzschaltbilder auch einer anderen kapazitiven Bedieneinheit 1 entsprechen kann, welche nicht als Sitzverstellschalter zum Einsatz kommt.Deviating from a schematic mechanical structure according to the 1 to 7 show the 8 to 11 an equivalent circuit diagram and associated signal curves of two different configurations of capacitive operating units 1 according to the invention. Although the 8 and 10 The equivalent circuit diagrams shown are each replaced by an equivalent circuit diagram of a variant according to the 1 to 7 can act, show the 8 and 10 preferably an equivalent circuit diagram of a capacitive operating unit 1 designed as a seat adjustment switch. For the sake of clarity, it should be emphasized that the seat adjustment switch can also be a rocker and/or slide button/switch and that the equivalent circuit diagrams can also correspond to another capacitive operating unit 1 which is not used as a seat adjustment switch.

Der Sitzverstellschalter weist jeweils sechs Schaltelemente 111 bis 116 auf, welche paarweise wechselseitig oder vollständig unabhängig voneinander betätigbar sein können. Jedem Schaltelement 111 bis 116 ist zudem eine vorbestimmte Kapazität bzw. Kodierkapazität 101 bis 106 zugeordnet. Die jeweils aus einem Schaltelement 111 bis 116 und einer Kodierkapazität 101 bis 106 bestehenden Stränge verbinden die Kopplungselektrode 11 mit der Sensorelektrode 12. Um für das Sensorelement 30 auch bei unbetätigten Schaltelementen 111 bis 116 ein Basissignal zu liefern, ist zudem eine Referenzkapazität 100 vorgesehen.The seat adjustment switch has six switching elements 111 to 116, which can be operated in pairs, alternately or completely independently of one another. Each switching element 111 to 116 is also assigned a predetermined capacitance or coding capacitance 101 to 106. The strands, each consisting of a switching element 111 to 116 and a coding capacitance 101 to 106, connect the coupling electrode 11 to the sensor electrode 12. In order to provide a base signal for the sensor element 30 even when the switching elements 111 to 116 are not actuated, a reference capacitance 100 is also provided.

Sowohl bei der Variante gemäß 8 als auch gemäß 10 gilt, dass die Kodierkapazitäten 101 bis 106 sich zueinander unterscheiden.Both the variant according to 8 as well as according to 10 It is true that the coding capacities 101 to 106 differ from each other.

Ausgehend von einer vorbestimmten Kapazität in Farad (F) ist gemäß der in 8 dargestellten Variante vorgesehen, dass die Kapazitäten 101 bis 106 sich um je ein identisches Delta unterscheiden, wie es in der Figur dargestellt ist.Starting from a predetermined capacity in Farad (F), according to the formula given in 8 In the variant shown, it is provided that the capacities 101 to 106 each differ by an identical delta, as shown in the figure.

Wird kein Schaltelement 111 bis 116 betätigt, wird durch das Sensorelement 30 zunächst ein von der Referenzkapazität 100 bestimmtes Signal bzw. Basissignal auf einem dazu korrespondierenden Niveau R des elektrischen Feldes E gemessen, wie in der Signaldarstellung gemäß 9 ersichtlich.If no switching element 111 to 116 is actuated, the sensor element 30 first measures a signal or base signal determined by the reference capacitance 100 at a corresponding level R of the electric field E, as shown in the signal representation according to 9 visible.

Gleichbleibende Störeinflüsse können aufgrund des Basissignals unmittelbar berücksichtigt werden bzw. stören die Erfassung der Änderung nicht, da die durch die Kodierkapazitäten 101 bis 106 bestimmten Veränderungen relativ zu dem bekannten Basissignal erfasst werden.Constant interference can be taken into account directly due to the base signal or does not interfere with the detection of the change, since the changes determined by the coding capacitances 101 to 106 are detected relative to the known base signal.

In 9 ist entlang der Abszisse die Zeit t aufgetragen, wobei die Einheit für die beispielsweise Darstellung irrelevant ist.In 9 The time t is plotted along the abscissa, whereby the unit is irrelevant for the example representation.

Ab t = 1 wird das Schaltelement 111 betätigt, wodurch es zu einer Änderung des elektrischen Feldes E korrespondierend zu der zu dem Schaltelement 111 gehörenden Kapazität 101 kommt. Diese vorbestimmte Änderung ist durch das Sensorelement 30 unmittelbar erfass- bzw. messbar und anschließend durch die in den 8 und 10 nicht dargestellte Auswerteeinheit 60 auswertbar.From t = 1, the switching element 111 is activated, which leads to a change in the electric field E corresponding to the capacitance 101 belonging to the switching element 111. This The predetermined change can be directly detected or measured by the sensor element 30 and then by the 8 and 10 evaluation unit 60 (not shown).

Wie ab t =7 zu sehen, kann es aufgrund von Störeinflüssen auch zu einer Schwankung des Basissignals kommen, wodurch das Basissignal auch ohne eine Betätigung eines der Schaltelemente 111 bis 116 um beispielsweise 1xΔF kommen kann. Durch Auswertung des Verlaufs der Änderung des Signals kann jedoch durch die Auswerteeinheit 60 erkannt werden, dass die Änderung nicht einem durch das Schließen eines der Schaltelemente 111 bis 116 vorbestimmten sprungartigen Verlauf folgt, sodass es sich also um eine durch Störeinflüsse erzeugte Änderung des elektrischen Feldes handelt und kein Schaltelement 111 bis 116 betätigt wurde.As can be seen from t = 7, the base signal can also fluctuate due to interference, whereby the base signal can vary by, for example, 1xΔF even without actuating one of the switching elements 111 to 116. By evaluating the course of the change in the signal, however, the evaluation unit 60 can recognize that the change does not follow a jump-like course predetermined by the closing of one of the switching elements 111 to 116, so that it is a change in the electric field caused by interference and no switching element 111 to 116 was actuated.

Problematisch bei der in den 8 und 9 dargestellten Variante ist, dass mechanisch sichergestellt sein muss, dass jeweils nur ein Schaltelement 111 bis 116 gleichzeitig betätigt werden kann, da beispielsweise nicht unterscheidbar ist, ob die Schaltelemente 111 und 112 oder nur Schaltelement 113 betätigt wurden.Problematic with the 8 and 9 The disadvantage of the variant shown is that it must be mechanically ensured that only one switching element 111 to 116 can be actuated at a time, since it is not possible to distinguish, for example, whether the switching elements 111 and 112 or only switching element 113 have been actuated.

Um dieses Problem zu überwinden, ist in den 10 und 11 eine ansonsten identische Variante dargestellt, bei welcher die Kodierkapazitäten 101 bis 106 entsprechend einer geometrischen Zahlenfolge und vorliegend gemäß der geometrischen Zahlenfolge a_n=a₁·q^n-1 mit a₁ (Startwert) = 1 und q (fester Quotient) = 2 gewählt, sodass sich ausgehend von einem vorbestimmten Delta für die Kapazität die Werte 1xΔF, 2xΔF, 4xΔF, 8xΔF, 16xΔF und 32xΔF für die Kodierkapazitäten 101 bis 106 ergeben.To overcome this problem, the 10 and 11 an otherwise identical variant is shown, in which the coding capacities 101 to 106 are selected according to a geometric number sequence and in this case according to the geometric number sequence a _n = a ₁ · q ^n-1 with a ₁ (starting value) = 1 and q (fixed quotient) = 2, so that starting from a predetermined delta for the capacity, the values 1xΔF, 2xΔF, 4xΔF, 8xΔF, 16xΔF and 32xΔF result for the coding capacities 101 to 106.

Wird gemäß 11 beispielsweise eine Änderung des elektrischen Feldes entsprechend 3xΔF erfasst, kann dies nur der Fall sein, wenn die Schaltelemente 111 und 112 betätigt sind, sodass also auch die gleichzeitige Betätigung mehrerer Schaltelemente 111 bis 116 erfassbar und erkennbar ist.Will be according to 11 For example, if a change in the electric field corresponding to 3xΔF is detected, this can only be the case if the switching elements 111 and 112 are actuated, so that the simultaneous actuation of several switching elements 111 to 116 can also be detected and recognized.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202022103370 U1 [0003]
DE 202024101391 U1 [0005]

Claims

Capacitive operating unit (1) for a motor vehicle with a capacitive sensor element (30) which is designed to generate an electric field and to detect a change in the generated electric field, with a switching arrangement (10) which is designed to cause the change in the electric field when actuated by an operator, and with a cover element (20) having a visible side (21) and a rear side (23), wherein the switching arrangement (10) is arranged on the visible side of the cover element (20) and the capacitive sensor element (30) is arranged on the rear or visible side of the cover element (20), wherein the switching arrangement (10) has a coupling electrode (11) coupled to the electric field, at least two switching elements (40, 111 - 116) and exactly one sensor electrode (12), wherein the sensor electrode (12) is electrically connected to the switching elements (40, 111 - 116) and the switching elements (40, 111 - 116) are connected to the coupling electrode (11), wherein a predetermined capacitance (13, 14, 101 - 106) is assigned to each of the switching elements (40, 111 - 116) and the capacitances (13, 14, 101 - 106) differ from one another, so that when the respective switching element (40, 111 - 116) is actuated, a change in the electric field can be brought about by the precisely one sensor electrode (12), which change is dependent on the respectively assigned capacitance (13, 14, 101 - 106) and can be detected by the sensor element (30).

Capacitive control unit according to claim 1 , wherein the switching arrangement (10) has a base plate (16) fixed on the visible side of the cover element, on which the coupling electrode (11) and/or the sensor electrode (12) are/is arranged.

Capacitive control unit according to claim 2 , wherein the coupling electrode (11) or the sensor electrode (12) is designed as an electrically conductive frame (17) surrounding the base plate (16) on the cover element (20) or wherein the coupling electrode (11) or the sensor electrode (12) is arranged on a frame (17) surrounding the base plate (16) on the cover element (20).

Capacitive control unit according to claim 2 or 3 , wherein a bonding layer (24) for fixing the base plate (16) to the cover element (20) is arranged between the base plate (16) and the cover element (20) and/or wherein a frame-shaped shield (25) is arranged between the base plate (16) and the cover element (20), which is designed to shield the electric field between the capacitive sensor element (30), the coupling electrode (11) and the sensor electrode (12) from interference.

Capacitive operating unit according to one of the preceding claims, further comprising an evaluation unit (60) connected to the sensor element (30) to enable a signal exchange, which evaluation unit is designed to determine the switching element (40, 111 - 116) whose actuation has led to the change in the electric field from the change in the electric field detected by the sensor element (30).

Capacitive operating unit according to one of the preceding claims, wherein the coupling electrode (11) is connected to the sensor electrode (12) via a reference capacitance (15, 100).

Capacitive operating unit according to one of the preceding claims, wherein the capacitances (13, 14, 101 - 106) have predetermined values and/or are selected according to a geometric numerical sequence, so that when several switching elements (40, 111 - 116) are actuated simultaneously, the actuated switching elements (40, 111 - 116) can be determined.

Capacitive operating unit according to one of the preceding claims, wherein the switching arrangement (10) has an electrically non-conductive operating element (50) which can be actuated by the operator and which is designed to act directly on at least one of the switching elements (40, 111 - 116) when actuated.

Capacitive operating unit according to one of the preceding claims, wherein the cover element (20) forms a visible surface directly on its visible side (21) or where a decorative layer covering the cover element (20) is provided between the cover element (20) and the switching arrangement (10), or where the cover element (20) is transparent and has a decorative layer (22) on its rear side (23).

Capacitive operating unit according to one of the preceding claims, wherein the sensor element (30) is a capacitive touch foil which extends flatly on the back of the cover element (20) or on the back (23) of the cover element (20) or on the visible side (21) of the cover element (20).

Touch screen with a capacitive control unit according to one of the preceding Claims, wherein the capacitive sensor element (30) is a sensor element of the touch screen and is designed to detect the touch of the screen by a user, wherein the cover element (20) is a cover element of the touch screen.