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Title:
SWITCH ARRANGEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/165805
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a switch arrangement comprising a capacitive proximity sensor, which has a sensor electrode (12), for detecting an actuation due to the approaching of the ground potential of a user, and comprising a device which can be actuated mechanically. The device which can be actuated mechanically is a movable button element (6) which negotiates a switching path between a non-actuation position and an actuation position and by which a switch (8) can be actuated mechanically in the actuation position, and wherein the button element (6) carries the sensor electrode (12) of the capacitive proximity sensor, which sensor electrode is capacitively coupled to a stationary further electrode (3), wherein the further electrode (3) is connected to an evaluation unit for evaluating the detected change in capacitance at the sensor electrode (12).

Inventors:
BEILKER DIRK (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/058856
Publication Date:
November 05, 2015
Filing Date:
April 23, 2015
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
International Classes:
H03K17/96; H03K17/965; H01H3/02
Foreign References:
EP1635366A12006-03-15
US20090135144A12009-05-28
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Claims:
Schalteranordnung mit einem eine Sensorelektrode (12) aufweisenden kapazitiven Näherungssensor zur Erfassung einer Betätigung durch das Annähern des Erdpotentials ei¬ nes Benutzers sowie mit einer mechanisch betätigbaren Einrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die mechanisch betätigbare Einrichtung ein einen Schaltweg zwischen einer Nichtbetätigungslage und einer Betätigungslage überwindendes, bewegbares Tastelement (6) ist, durch das in der Betätigungslage ein Schalter (8) mechanisch betätigbar ist und wobei das Tastelement (6) die Sensorelektrode (12) des kapazitiven Näherungssensors trägt, die mit einer feststehenden weiteren Elektrode (3) kapazitiv gekoppelt ist, wobei die weitere Elektrode (3) mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der erfassten Kapazitätsänderung an der Sensorelektrode (12) verbunden ist .

Schalteranordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die weitere Elektrode (3) über Leiterbahnen mit der Auswerteeinheit verbunden ist, wobei die weitere Elektrode (3) , die Leiterbahnen und die Auswerteeinheit auf einer Leiterplatte (1) angeordnet sind .

Schalteranordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der mechanisch betätigbare Schalter (8) auf der Leiterplatte (1) angeordnet ist.

Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich die Ebene der Leiterplatte (1) quer zur Bewegungsrichtung des Tastelements (6) erstreckt und die Leiterplatte (1) eine von der weiteren Elektrode (3) ganz oder teilweise um¬ schlossenen Durchtauchöffnung (2) aufweist, durch die ein sich in Bewegungsrichtung des Tastelements (6) erstre- ckender Tastelementfortsatz (5) des Tastelements (6) hindurchragt, der einen Sensorelektrodenfortsatz (13) trägt .

Schalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Tastelement (6) einen in Bewegungsrichtung des Tastele¬ ments (6) durchleuchtbaren oder durchscheinbaren Bereich (9) aufweist, der von einer auf der dem Benutzer abge¬ wandten Seite des Tastelements (6) angeordneten Licht¬ quelle (10) durchleuchtbar oder durchscheinbar ist.

Schalteranordnung nach einem der Vorhergehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Tastelement (6) plattenartig ausgebildet sind.

Schalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Tastelement (6) entgegen einer Federkraft aus seiner Nichtbetätigungslage in seine Betätigungslage bewegbar ist .

Schalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensorelektrode aus einer auf dem Tastelement angeordne¬ ten Beschichtung aus elektrisch leitfähigem Kunststoff besteht .

Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Tastelement und/oder der Tastelementfortsatz aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff besteht.

Description:
Beschreibung

Schalteranordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteranordnung mit ei ¬ nem eine Sensorelektrode aufweisenden kapazitiven Näherungs ¬ sensor zur Erfassung einer Betätigung durch das Annähern des Erdpotentials eines Benutzers sowie mit einer mechanisch betätigbaren Einrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Schalteranordnung der ein ¬ gangs genannten Art zu schaffen, die bei geringem Bauteile- und Bauraumbedarf das Schalten nur einer ersten Schaltfunkti- on oder einer zweiten Schaltfunktion oder sowohl der ersten als auch einer zweiten Schaltfunktion ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mechanisch betätigbare Einrichtung ein einen Schaltweg zwi ¬ schen einer Nichtbetätigungslage und einer Betätigungslage überwindendes, bewegbares Tastelement ist, durch das in der Betätigungslage ein Schalter mechanisch betätigbar ist und wobei das Tastelement die Sensorelektrode des kapazitiven Nä ¬ herungssensors trägt, die mit einer feststehenden weiteren Elektrode kapazitiv gekoppelt ist, wobei die weitere Elektro- de mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der erfassten Ka ¬ pazitätsänderung an der Sensorelektrode verbunden ist.

Wird z. B. die Hand des Benutzers zu dem Tastelement geführt und ggf. das Tastelement mit dem Finger berührt, verschieben sich die Ladungen auf der Sensorelektrode und durch die kapa ¬ zitive Kopplung auch auf der weiteren Elektrode. Diese Verän ¬ derung der Ladungen wird dann von der Auswerteeinheit erfasst und die erste Schaltfunktion ausgelöst. Wird darüber hinaus auch noch das Tastelement durch Druckbe ¬ aufschlagung mit dem Finger aus der Nichtbetätigungslage in die Betätigungslage bewegt, erfolgt zusätzlich zur Auslösung der ersten Schaltfunktion auch noch eine mechanische Betäti ¬ gung des Schalters und damit eine Auslösung auch der zweiten Schaltfunktion . Bei der Bewegung des Tastelements erfolgt aber keine Änderung der Kapazität an der Sensorelektrode.

Wird das Tastelement durch Druckbeaufschlagung mit einem nicht Erdpotential aufweisenden Gegenstand aus der Nichtbetä- tigungslage in die Betätigungslage bewegt, erfolgt ohne Aus ¬ lösung der ersten Schaltfunktion eine mechanische Betätigung des Schalters und damit eine Auslösung nur der zweiten

Schaltfunktion . Da alle Schaltfunktionen durch ein und dasselbe Tastelement erfolgen, wird der Bauteileaufwand und der Bauraumbedarf ge ¬ ring gehalten.

Dies ist von besonderem Vorteil, wenn die Schalteranordnung in einem Fahrzeug insbesondere im Cockpitbereich angewandt wird, da dort nur wenig Bauraum vorhanden ist.

Auch ist dann eine Ablenkung des Fahrers vom Fahrgeschehen niedrig, da seine Betätigungshand beim Auslösen der ersten Schaltfunktion sich bereits in der Position befindet, in der er ggf. auch die zweite Schaltfunktion auslösen kann.

In einfacher Ausbildung kann die weitere Elektrode über Lei ¬ terbahnen mit der Auswerteeinheit verbunden sein, wobei die weitere Elektrode, die Leiterbahnen und die Auswerteeinheit auf einer Leiterplatte angeordnet sind.

Bauraumsparend und rationell herstellbar ist es dabei, wenn auch der mechanisch betätigbare Schalter auf der Leiterplatte angeordnet ist. Dabei kann sich die Ebene der Leiterplatte quer zur Bewe ¬ gungsrichtung des Tastelements erstrecken und die Leiterplat ¬ te eine von der weiteren Elektrode ganz oder teilweise um ¬ schlossenen Durchtauchöffnung aufweisen, durch die ein sich in Bewegungsrichtung des Tastelements erstreckender Tastele ¬ mentfortsatz des Tastelements hindurchragt, der einen Sensor ¬ elektrodenfortsatz trägt.

Weist das Tastelement einen in Bewegungsrichtung des Tastele- ments durchleuchtbaren oder durchscheinbaren Bereich auf, der von einer auf der dem Benutzer abgewandten Seite des Tastele ¬ ments angeordneten Lichtquelle durchleuchtbar oder durch ¬ scheinbar ist, so ist das Tastelement auch im Dunklen schnell auffindbar. Darüber hinaus kann damit das Tastelement auch eine durchleuchtbare Symbolbeleuchtung aufweisen.

Zur leichten Betätigbarkeit kann das Tastelement plattenartig ausgebildet sein. Damit das Tastelement nach einer Schalterbetätigung automa ¬ tisch seine Nichtbetätigungslage wieder einnimmt, ist das Tastelement vorzugsweise entgegen einer Federkraft aus seiner Nichtbetätigungslage in seine Betätigungslage bewegbar. Die Sensorelektrode kann eine in das als Kunststoffspritz- gussteil ausgebildete Tastelement miteingespritzte Sensor ¬ elektrode sein.

Es ist aber auch möglich, dass die Sensorelektrode aus einer auf dem Tastelement angeordneten Beschichtung aus elektrisch leitfähigem Kunststoff besteht.

Zur weiteren Bauteil- und Montageverringerung kann aber auch das Tastelement und/oder der Tastelementfortsatz aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff bestehen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Die ein ¬ zige Figur der Zeichnung zeigt eine perspektivische Darstel ¬ lung einer Schalteranordnung.

Die dargestellte Schalteranordnung weist eine Leiterplatte 1 auf, die mit einer durchgehenden Durchtauchöffnung 2 versehen ist. Auf der Oberseite der Leiterplatte 1 ist die Durchtauch- öffnung 2 umschließend eine Elektrode 3 aufgebracht, von der eine Vielzahl parallel nebeneinander angeordnete Durchkontak- tierungen 4 auf die Unterseite der Leiterplatte 1 führen. Die Durchkontaktierungen 4 sind nicht dargestellt auf der Unter ¬ seite der Leiterplatte 1 mit einer Auswerteelektronik elek ¬ trisch leitend verbunden.

Rechtwinklig zur Ebene der Leiterplatte 1 ragt ein Tastele ¬ mentfortsatz 5 durch die Durchtauchöffnung 2, wobei der Tast ¬ elementfortsatz 5 an seinem oberen Ende ein plattenartiges Tastelement 6 aufweist, dessen Ebene sich parallel zur Ebene der Leiterplatte 1 erstreckt.

Das Tastelement 6 ist an seiner Oberfläche mit einer Sensor ¬ elektrode 12 eines kapazitiven Näherungsschalters und der Tastelementfortsatz 5 mit einem mit der Sensorelektrode 12 elektrisch leitend verbundenen Sensorelektrodenfortsatz 13 bedeckt .

In einem Abstand parallel zum Tastelementfortsatz 5 weist das Tastelement 6 einen zur Leiterplatte 1 gerichteten Betäti- gungszapfen 7 auf, der in der von der Leiterplatte 1 entfern ¬ teren Nichtbetätigungslage des Tastelements 6 um einen

Schaltweg von einem auf der Leiterplatte 1 angeordneten, me ¬ chanisch betätigbaren Schalter 8 entfernt ist. Im Bereich zwischen dem Tastelementfortsatz 5 und dem Betäti ¬ gungszapfen 7 weist das Tastelement 6 einen Durchbruch auf, der einen durchleuchtbaren Bereich 9 des Tastelements 6 bil- det . Unter diesem durchleuchtbaren Bereich 9 ist auf der Lei ¬ terplatte eine als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle 10 angeordnet . Bei Annäherung und Berühren der Sensorelektrode 12 des Tast ¬ elements 6 durch z. B. den Finger 11 eines Erdpotential auf ¬ weisenden Benutzers verschieben sich die Ladungen auf der Sensorelektrode 12. Diese Ladungsverschiebung wird über den Sensorelektrodenfortsatz 13 durch kapazitive Kopplung auf die Elektrode 3 übertragen und der Auswerteeinheit zugeführt und damit eine erste Schaltfunktion ausgelöst.

Die zu übertragende Kapazität von Finger 11 und Sensorelek ¬ trode 12 hat durch die Bewegung des Tastelementfortsatzes 5 und des Sensorelektrodenfortsatzes 13 keine Änderung an dem von Sensorelektrodenfortsatz 13 und Elektrode 3 gebildeten Kondensator zur Folge.

Erfolgt kein weiteres Betätigen des Tastelements 6 bleibt es bei dem Auslösen dieser ersten Schaltfunktion .

Wird das Tastelement 6 entgegen einer Federkraft aus der an ¬ gehobenen Nichtbetätigungslage in eine Betätigungslage ge ¬ drückt, in der der Betätigungszapfen 7 zur Beaufschlagung des Schalters 8 gelangt, so wird von diesem eine zweite Schalt ¬ funktion ausgelöst.

Erfolgt das Niederdrücken durch den Erdpotential aufweisenden Finger 11, so kommt es zu einem Auslösen sowohl der ersten als auch der zweiten Schaltfunktion .

Erfolgt ein Niederdrücken des Tastelements 6 mittels eines nicht Erdpotential aufweisenden Gegenstandes wie z. B. eines KunstStoffStabs , so wird nur die zweite Schaltfunktion durch den Schalter 8 ausgelöst.