Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kapazitive Schalter der hier angesprochenen Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie weisen eine Sensorfläche und eine Bezugsfläche auf, wobei die Sensorfläche und die Bezugsfläche so ausgebildet sind, dass ein elektrisches Feld zwischen ihnen ausbildbar ist. Ein derartiger kapazitiver Schalter ist beispielsweise in der DE 21 05 071 beschrieben. Das Wirkprinzip eines kapazitiven

Schalters ist es, dass sich durch Nähern eines Fingers an eine Schalterfläche oder durch eine Berührung der Schalterfläche die Kapazität zwischen der Sensorfläche und der Bezugsfläche ändert, wodurch sich wiederum weitere messbare

Parameter ändern. Diese messbaren Parameter werden erfasst und ausgewertet und können somit zum Auslösen einer gewünschten Funktion dienen. Die kapazitiven Schalter der bekannten Art weisen den Nachteil auf, dass der Schaltpunkt von vielen Parametern abhängt und dadurch ein vollkommen zuverlässiges Schaltverhalten nicht gewährleistet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen kapazitiven Schalter zu schaffen, der eine erhöhte Zuverlässigkeit bei einer Betätigung aufweist. Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ein kapazitiver Schalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, der eine Sensorfläche und eine Bezugsfläche aufweist, wobei die Sensorfläche und die Bezugsfläche dazu ausgebildet sind, ein elektrisches Feld zwischen ihnen zu erzeugen. Der kapazitive Schalter zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensorfläche und die Bezugsfläche im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene derart angeordnet sind, dass ein elektrisches Feld mit einem bogenförmigen Feldlinienverlauf zwischen ihnen ausbildbar ist, und dass wenigstens eine Kopplungsfläche vorgesehen ist, die in dem elektrischen Feld angeordnet ist und eine Kapazitätsänderung zwischen der Sensorfläche und der Bezugsfläche bewirkt, wenn sie relativ zu der Sensorfläche und der Bezugsfläche bewegt wird . Die Bezugsfläche des kapazitiven Schalters kann dabei an einem Massepotential angeschlossen sein, während die

Sensorfläche mit einer elektrischen Zuleitung verbunden sein kann.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt somit darin, dass durch die Anordnung der Sensorfläche und der Bezugsfläche im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene und die Bereitstellung einer zusätzlichen Kopplungsfläche im Bereich des elektrischen Feldes zwischen der Sensorfläche und der Bezugsfläche eine erhöhte Zuverlässigkeit der Schaltung gegeben ist. Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßer kapazitiver Schalter weniger empfindlich im Hinblick auf elektromagnetische Störungen (EMV).

Besonders bevorzugt wird ein kapazitiver Schalter, bei dem die Kopplungsfläche in mehreren Raumrichtungen relativ zu der Sensorfläche und der Bezugsfläche verlagerbar ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Bewegung der Kopplungsfläche mechanisch begrenzt ist. Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Kopplungsfläche zwischen wenigstens zwei stabilen Positionen verlagert werden kann und diese Positionen einnehmen kann. Hierzu wirkt die Kopplungsfläche vorzugsweise mit einem Betätigungselement zur Verlagerung der Kopplungsfläche zusammen. Das Betätigungselement besteht vorzugsweise aus einem nichtleitenden Material, um zu verhindern, dass bei einem Nähern eines Fingers bzw. der Hand eine erkennbare Änderung der kapazitiven Kopplung und somit eine Reaktion des kapazitiven Schalters bewirkt wird.

Erfindungsgemäß kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass eine taktile

Rückmeldeeinrichtung zur Erzeugung eines vorzugsweise nichtakustischen

Kommunikationshinweises bei Erreichung einer der wenigstens zwei stabilen Positionen der Kopplungsfläche vorgesehen ist. Durch die taktile Rückmeldeeinrichtung wird insbesondere mittels wenigstens zweier definierter/stabiler einnehmbarer Positionen der Kopplungsfläche eine hohe Zuverlässigkeit und eine angenehme Betätigung des kapazitiven Schalters erreicht. Die taktile

Rückmeldeeinrichtung kann mit der Kopplungsfläche in einem einzigen Bauteil ausgebildet sein. Besonders bevorzugt wird eine Ausbildung, bei der die taktile Rückmeldeeinrichtung einstückig mit der Kopplungsfläche und/oder mit dem Betätigungselement ausgebildet ist. Insbesondere kann die taktile

Rückmeldeeinrichtung ein Umschnappen der Kopplungsfläche bewirken, welches den Kommunikationshinweis für einen Benutzer des kapazitiven Schalters erzeugt, dass eine definierte Position erreicht wurde.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines kapazitiven Schalters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des kapazitiven Schalters gemäß der Erfindung in einer ersten stabilen Position, und

Fig. 3 der kapazitive Schalter gemäß Fig. 2 in einer zweiten stabilen

Position.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines kapazitiven Schalters 1 gemäß der Erfindung. Der kapazitive Schalter 1 umfasst eine Sensorfläche 3, eine

Bezugsfläche 5 und eine Kopplungsfläche 7. Die Kopplungsfläche 7 ist vorzugsweise in mehrere Raumrichtungen bewegbar, wie durch die Pfeile 9, 11 und 13 in der Fig. 1 angedeutet ist. Die Kopplungsfläche 7 ist mit einem Betätigungselement 15 verbunden, wobei das Betätigungselement 15 vorzugsweise aus einem nichtleitenden Material besteht.

Die Sensorfläche 3 und die Bezugsfläche 5 sind im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Bezugsfläche 5 ist vorzugsweise mit einem Masseanschluss (GND) verbunden, während die Sensorfläche 3 über eine elektrische Zuleitung 17 mit einer in der Fig. 1 nicht gezeigten Energiequelle in Verbindung steht. Im Betrieb des kapazitiven Schalters ist zwischen der

Sensorfläche 3 und der Bezugsfläche 5 ein elektrisches Feld E ausgebildet, dessen Feldlinien bogen- bzw. kreisbogenförmig zwischen der Sensorfläche 3 und der Bezugsfläche 5 verlaufen. Die Kopplungsfläche 7 ist im Bereich des elektrischen Feldes E angeordnet.

Die Funktionsweise des kapazitiven Schalters 1 ist derart, dass bei einer

Verlagerung der Kopplungsfläche 7 in dem elektrischen Feld E zwischen der Bezugsfläche 5 und der Sensorfläche 3, eine Änderung der Kapazität zwischen der Sensorfläche 3 und der Bezugsfläche 5 bewirkt wird . Diese kapazitive Änderung kann durch eine entsprechende elektrische Schaltung erfasst werden und zur Auslösung einer gewünschten Funktion dienen. Die Sensorfläche 3 und die

Bezugsfläche 5 sind somit mittels der Kopplungsfläche 7 kapazitiv miteinander verbunden. Die bevorzugte Bewegungsrichtung der Kopplungsfläche 7 ist die mit dem Pfeil 9 angedeutete Bewegungsrichtung, bei der die Kopplungsfläche 7 auf die Sensorfläche 3 bzw. die Bezugsfläche 5 zu und davon weg bewegt wird .

Um eine erhöhte Zuverlässigkeit des kapazitiven Schalters gemäß der Erfindung zu erzielen, ist die Kopplungsfläche 7 vorzugsweise zwischen zwei oder mehr stabilen Zuständen bzw. definierten Positionen verlagerbar. Diese stabilen

Positionen der Kopplungsfläche 7 sind mit festgelegten Kapazitäten zwischen der Bezugsfläche 5 und der Sensorfläche 3 verbunden, so dass in einer definierten Position jeweils eine bestimmte Kapazität zwischen der Bezugsfläche 5 und der Sensorfläche 3 vorliegt. Erst eine entsprechend gewünschte Bewegung des Betätigungselements 15 zwischen zwei definierten Positionen löst folglich den Schaltvorgang aus.

Weiterhin kann eine taktile Rückmeldeeinrichtung vorgesehen sein, die eine Undefinierte Bewegung des Betätigungselements 15 und damit der Kopplungsfläche 7 vermeidet. Beispielsweise kann ein Haptikelement in Form einer metallischen Schnappscheibe, einer Silikonmatte, einem Knallfrosch aus

Kunststoff usw. vorgesehen sein. Erst wenn die Druckkraft auf das Betätigungselement den Triggerpunkt der taktilen Rückmeldeeinrichtung überschreitet, erfolgt eine weitere Verlagerung der Kopplungsfläche 7 in die zweite definierte Position. Durch eine entsprechende mechanische Gestaltung und Materialwahl, kann die Kennlinie der Druckkraft und des Triggerpunkts wunschgemäß angepasst werden. In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Schalters gezeigt. In der Fig. 2 weist der kapazitive Schalter ein doppelwandig ausgebildetes, zylindrisches Betätigungselement 15 mit einer Abdeckung 19 auf, die als

Berührungsfläche bzw. Druckfläche für einen Finger oder eine Hand dient. Das Betätigungselement 15 umfasst einen radialen Vorsprung 21, der in eine ringförmige Aussparung 23 eines ebenfalls zylindrischen Gehäuses 25 eingreift, wobei das Betätigungselement 15 entlang einer Mittelachse bzw. Längsachse A in dem Gehäuse 25 verlagerbar ist.

Das Betätigungselement 15 wirkt mit einem beweglichen scheibenförmigen Element 27 zusammen, welches zwischen einer Leiterplatte 29 und dem

Betätigungselement 15 in dem Gehäuse 25 angeordnet ist. An seiner der

Leiterplatte 29 zugewandten Seite umfasst das bewegliche Element 27 die Kopplungsfläche 7. Das bewegliche Element 27 ist an einem auf der Leiterplatte 29 gelagerten Abstützelement 31 beweglich gelagert. Auf der Leiterplatte 29 sind die Sensorfläche 3 und die Bezugsfläche 5 angeordnet, die sich vorzugsweise in einer koaxialen Anordnung um die Mittelachse A herum erstrecken.

In der Schaltstellung gemäß Fig. 2 wird der kapazitive Schalter 1 nicht betätigt, d.h. das Betätigungselement 15 wird nicht gedrückt und befindet sich somit in einer Schaltstellung, in welcher der radiale Vorsprung 21 an dem der Leiterplatte 29 abgewandten Ende der ringförmigen Nut 23 anliegt. In dieser ersten definierten Position weist die Kopplungsfläche 7 einen Abstand s zu der

Leiterplatte 29 und damit zu der Sensorfläche 3 und der Bezugsfläche 5 auf.

In der Fig. 3 ist der kapazitive Schalter 1 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 in einer zweiten Schaltposition gezeigt. Gleiche Teile sind mit gleichen

Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.

In der in Fig. 3 gezeigten zweiten Schaltstellung wird eine Kraft auf das

Betätigungselement 15 derart ausgeübt, dass der radiale Vorsprung 21 des Betätigungselements 15 nicht mehr an dem der Leiterplatte 29 abgewandten Ende der ringförmigen Nut 23 anliegt, sondern in Richtung der Pfeile 33 und damit in Richtung der Leiterplatte 29 verlagert ist. Das Betätigungselement 15 kann so weit in dem Gehäuse 25 verlagert werden, bis ein der Leiterplatte 29 zugewandtes Ende 35 des Betätigungselements 15 an einem Anschlagelement 37 des Gehäuses 25 anstößt, wobei das Anschlagelement 37 als ein radial in das Innere des Gehäuses 25 gerichteter Vorsprung ausgebildet ist, der vorzugsweise unmittelbar benachbart zu der Leiterplatte 29 angeordnet ist und insbesondere auf dieser aufliegt. Das Anschlagelement 37 ist in der Fig . 3 einstückig mit dem Gehäuse 25 verbunden . Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Leiterplatte 29 als Anschlagelement fungiert, welches die Hubbewegung des

Betätigungselements 15 begrenzt.

Durch die Verlagerung des Betätigungselements 15 in Richtung der Pfeile 33 erfolgt auch eine Verlagerung des beweglichen Elements 27 und damit eine Verlagerung der Kopplungsfläche 7 in Richtung der Pfeile 33, d . h. in Richtung der Leiterplatte 29. Durch die Verlagerung des beweglichen Elements 27 ergibt sich ein verringerter Abstand s' zwischen der Kopplungsfläche 7 und der Bezugsfläche 5 bzw. der Sensorfläche 3, was zu einer Änderung der Kapazität zwischen der Bezugsfläche 5 und der Sensorfläche 3 führt. Bei der zweiten definierten

Schaltstellung ist die Kapazität zwischen der Bezugsfläche 5 und der Sensorfläche eindeutig durch die in der Fig . 3 gezeigten Position des Betätigungselements 15 festgelegt, in der sich das der Leiterplatte 29 zugewandte Ende 35 an dem Anschlagelement 37 abstützt. Durch das Anschlagen des der Leiterplatte 29 zugewandte Ende 35 an dem Anschlagelement 37 wird eine entsprechende taktile Rückmeldung an einen Bediener erzeugt, der somit weiß, dass die zweite

Schaltstellung erreicht wurde.

Das bewegliche Element 27 ist wie gesagt vorzugsweise ringförmig ausgebildet und um die Längsachse A herum konzentrisch angeordnet. Vorzugsweise ist das bewegliche Element 27 derart federgelagert bzw. in einem entsprechend vorgespannten Zustand mit dem Abstützelement 31 verbunden, dass nach einem Loslassen des Betätigungselements 15 dieses automatisch in die in Fig. 2 gezeigte Ausgangsstellung des kapazitiven Schalters 1 verlagert wird . In der zylindrischen Öffnung des Abstützelements 31 kann im Übrigen ein

Beleuchtungselement 41 vorgesehen sein, welches insbesondere als LED oder dergleichen Beleuchtungsmittel ausgebildet sein kann. Beispielsweise ist es denkbar, die Abdeckung 19 lichtdurchlässig auszubilden, so dass bei einer Betätigung des kapazitiven Schalters 1, d. h. also beim Herunterdrücken des Betätigungselements 15 in Richtung der Pfeile 33, ein Stromfluss zu dem Beleuchtungselement 41 derart bewirkt wird, dass ein entsprechendes Lichtsignal durch die Abdeckung 19 abgegeben wird.

Es sei an dieser Stelle noch ausgeführt, dass das Betätigungselement 15 in der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform zwei koaxial zueinander angeordnete zylindrische Wandabschnitte aufweist. Dabei bildet ein radial außen liegender Zylinderabschnitt 39a des Betätigungselements 15 einen Teil der taktilen

Rückmeldeeinrichtung, während ein radial innen liegender Zylinderabschnitt 39b des Betätigungselements 15 zur Betätigung des kapazitiven Schalters durch eine Verlagerung der Kopplungsfläche 7 bzw. des beweglichen Elements 27 dient. Es versteht sich, dass statt eines zylindrischen Aufbaus des Schaltelements ein quaderförmiger Aufbau oder dergleichen zum Einsatz kommen kann.

Das Betätigungselement 15 gemäß der vorliegenden Erfindung kann also eine Doppelfunktion umfassen, die zum einen in der Verlagerung der Kopplungsfläche 7 und zum anderen in der Realisierung einer taktilen Rückmeldeeinrichtung liegt, die einem Bediener einen Kommunikationshinweis liefert, wenn eine stabile Position der Kopplungsfläche 7 erreicht ist. Dieser Kommunikationshinweis ist vorzugsweise nicht akustisch.

Insgesamt zeigt sich somit, dass die vorliegende Erfindung einen vorteilhaften kapazitiven Schalter schafft, der eine erhöhte Schaltzuverlässigkeit aufweist.

Bezugszeichenliste

I Kapazitiver Schalter

3 Sensorfläche

5 Bezugsfläche

7 Kopplungsfläche

9 Pfeil

I I Pfeil

13 Pfeil

15 Betätigungselement

17 Elektrische Zuleitung

19 Abdeckung

21 Radialer Vorsprung 23 Ringförmige Nut

25 Gehäuse

27 Bewegliches Element

29 Leiterplatte

31 Abstützelement

33 Pfeil

35 Ende

37 Anschlagelement

39a Radial außen liegender Zylinderabschnitt

39b Radial innen liegender Zylinderabschnitt

41 Beleuchtungselement

E Elektrisches Feld

A Längsachse/Mittelachse

s Abstand

s' Abstand