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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schaltertechnologie und spezieller
auf kapazitive Schaltertechnologie zum Schalten von Bruchteilsamperestrom
mit einem Betätigungsglied,
das eine fühlbare
Rückmeldung
als Schnappvorgang vorsieht, und zwar ansprechend auf eine „Drücken-zum-Aktivieren" (push-to-activate)
Betriebsart bzw. Betriebstyp. Schalter dieses Typs sind speziell
wünschenswert,
wo niedrige Kosten, kompakte Größe und minimales
Hervorragen aus einer Schalttafel gewünscht werden. Funktelefontastaturen
sind eine typische Anwendung solcher gewünschter Schalterbetätigungsart
bzw. Art von Schaltaktion.
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Schalttechnologie
vom Kapazitätsänderungstyp
wurde am Häufigsten
verwendet für
ebene Schalttafelschalter, wobei der Nutzer ein Laminat auf der
Schalttafel berührt,
um eine Kapazitätsänderung zwischen
zwei Platten zu bewirken. Der Änderung wird
durch geeignete Schaltungstechnik detektiert und als Schaltoperation
erkannt. Das Kombinieren solcher kapazitiven Schalttechnologie mit
einem Betätigungsglied
das eine fühlbar
wahrnehmbare Bewegungsanzeige genauso wie bei dem Schalten eines
Schalters des mechanischen Kontakttyps vorsieht, ist im U.S. Patent
Nr. 5,559,665 offenbart, wobei ein Federvorgespanntes bewegliches
Betätigungsglied
angewendet wird zum Bewirken einer Kompression einer elastischen
leitenden Scheibe, die in Kontakt mit einem dielektrischen Material
ist, und zwar zum Bewirken einer erkennbaren bzw. wahrnehmbaren
Kapazitätsänderung.
Jedoch umfasst die in diesem Patent offenbarte Betätigungsgliedanordnung
vom Druckknopftyp eine unerwünschte Anzahl
von Teilen, mit dadurch erhöhten
Nebenkosten. Demgemäß gibt es
einen Bedarf für
eine einfachere kostengünstigere
Schalteranordnung, die geeignet ist als ein Niederstromschaltelement
zu funktionieren, das fühlbare
Rückmeldung
der Betätigungsgliedbewegung
während
des Schaltvorgangs vorsehen kann, und zwar um es einem Nutzer zu
erlauben, das Schalten zu erkennen. So eine Anordnung ist insbesondere
anwendbar in automobilen Umgebungen, wobei Schaltbetätigung häufig auftreten
kann ohne dass man sie visuell wahrnehmen müsste, wie beispielsweise bei
Heiz- und Kühllüftersteuerungen. Andere
mögliche
Anwendungen sind Fenster- oder Türverriegelungsschalter
auf einer Autotürarmlehne.
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Die
vorliegende Erfindung betrachtet eine neue und verbesserte kapazitive
Schaltertechnologie, die alle der oben erwähnten Probleme und weitere überkommt,
um eine neue kapazitive Schalteranordnung vorzusehen, die im Design
einfach ist für verbesserte
Teilzusammenführung
und Kostenreduzierung, wirtschaftlich herzustellen ist, leicht an
eine Vielzahl von Verwendungen in einer Vielfalt von räumlichen
Anordnungen adaptierbar ist, einfach zu installieren ist, einfach
zu bedienen ist und die verbesserte Schaltbedienung in einer Umgebung,
wie beispielsweise einem Automobil vorsieht.
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US-A-4,472,758
offenbart eine kapazitive Schalteinrichtung, die ein Substrat, ein
Elektrodenpaar und einen transparenten isolierenden Film besitzt.
In einem Ausführungsbeispiel
ist ein hutförmiges
Gummigehäuse
von dünnwandiger
Konstruktion auf einer Grundplatte gesichert. Das Gummigehäuse dient
als elastisches Glied. An einer inneren Oberfläche einer oberen Wand des hutförmigen Gummigehäuses ist
die bewegliche Elektrode mit einem Klebstoff geklebt. In diesem
Ausführungsbeispiel
ist es vorteilhaft, dass das Gummigehäuse die bewegliche Elektrode
und den isolierenden Film schützt,
und zwar vor Schmutz, Staub und anderen äußeren Dingen, die andernfalls
auf ihren Oberflächen
kleben könnten.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine kapazitive Schaltanordnung vorgesehen, die speziell geeignet
ist zum Schalten von Bruchteilamperestrom für Steuerschaltungen, die beispielsweise
für Fenster oder
Türverriegelungsoperationen
in einem Automobil nötig
sind. Die neue Schaltanordnung weist allgemein Folgendes auf: ein
Substrat, ein auf dem Substrat angeordnetes Paar leitender Platten,
ein dielektrisches Flächenelement
bzw. -folie auf einer gemeinsamen Seite der Platten angeordnet und
ein Schaltglied, dass eine Elastomerpille oder -scheibe aufweist,
die mit leitendem Material durchsetzt oder vermischt ist und der
Folie gegenüberliegend
angeordnet ist, und zwar zum selektiven Kontakt damit bei Bewegung
des Schaltglieds aus einer ersten Ruheposition in Richtung der Folie.
Das Schaltbetätigungsglied
weist eine Elastomerfolie auf, die eine an dem Substrat angreifende
Seitenwandbasis und eine das Schaltglied haltende obere Wand besitzt.
Das Betätigungsglied
und das Substrat umschließen
die Platten, die dielektrische Folie und das Schaltglied. Das Betätigungsglied
bewirkt die Bewegung des Schaltglieds nach dem Nutzen oder Betätigen zum Komprimieren
des Schaltglieds in Kontakt mit dem Dielektrikum und zum Bilden
eines variablen Kondensators mit den Platten, wobei elastische Deformation
des Schaltglieds die Kapazität
des Kondensators in einer elektrisch detektierbaren Art und Weise variiert.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Betätigungsglied
einen beugbaren bzw. auslenkbaren Randteil zum Angreifen an dem
Substrat auf, und zwar nach der Bewegung des Schaltglieds in Richtung
der Folie, wobei der Randteil nach einer vorbestimmten Auslenkung umspringen
(buckle) wird um für
einen Nutzer eine fühlbare
Rückmeldung
vorzusehen. Der Umspringvorgang wird durch einen Nutzer in etwa
gespürt
werden als ein wahrnehmbarer Schnappvorgang, der auftritt, wenn
der Randteil über
eine vorbestimmte Position hinaus ausgelenkt wird.
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Gemäß einem
eingeschränkteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Elastomerfolie eine Vielzahl
von Betätigungsgliedern
und Schaltgliedern auf, die selektiv angeordnet sind zur Ausrichtung
mit einer zugehörigen
Vielzahl leitender Platten und dielektrischer Folien. Jedes der
Vielzahl der Betätigungsglieder,
Schaltglieder, leitenden Platten und dielektrischen Folien funktioniert
als ein unabhängiger Schalter,
so dass eine einzelne Elastomerfolie mit einer Vielzahl von darunter
liegenden kapazitiven Elementen nutzbar ist.
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Ein
Vorteil der erreicht wird durch die Verwendung der vorliegenden
Erfindung ist eine Schalteranordnung, wobei ein Betätigungsglied
aus einer einzelnen einheitlichen Elastomerfolie besteht, die nicht
nur als ein Schutzschild für
die darunter liegende Schaltungstechnik dient, sondern auch konfiguriert
sein kann, um eine Vielzahl von verschiedenen Schaltelementen zu
bedecken. Demgemäß kann erkannt
werden, dass die Verwendung einer einzelnen Elastomerfolie zum Vorsehen
eines elastischen Betätigungsglieds,
im Gegensatz zu einer Vielzahl von unabhängig unterstützten Betätigungsgliedanordnungen
eine deutliche Verbesserung bezüglich
der Verfügbarkeit
und Anpassbarkeit einer Vielzahl von Schaltelementen vorsieht.
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Andere
Vorzüge
und Vorteile der genannten neuen Schaltanordnung werden dem Fachmann beim
Lesen und Verstehen dieser Beschreibung klar werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen,
physische Ausgestaltung annehmen, wobei die bevorzugten Ausführungsbeispiele
im Detail in dieser Beschreibung beschrieben werden und in den begleitenden
Zeichnungen illustriert werden, die einen Teil davon bilden, und
wobei:
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildeten einzelnen Schaltanordnung; und
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2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht einer Schaltanordnung, wobei
eine einzelne Elastomerfolie eine Vielzahl von elastomeren Betätigungsgliedfeldern
aufweist, und zwar zur Verbindung mit einem Substrat, das eine Vielzahl
von Elektroden und dielektrischen Anordnungen aufweist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Mit
speziellem Bezug auf 1 wird ein kapazitiver Schalter,
der ein Elastomermembranbetätigungsglied
aufweist in Schnittansicht erläutert.
Die Schaltanordnung 10 besteht aus einem Keramiksubstrat 12 durch
das oder an dem geeignete elektrische Leitungen (nicht gezeigt)
konventionell verbunden sind, und zwar mit Elektroden 14, 16,
die aus leitendem Material gebildet sind, vorzugsweise einem in beabstandeter
koplanarer Anordnung angeordneten Dünnfilm. Eine leitende Tinte,
die aus einer Mischung von Paladium und Silber gebildet ist, kann
auf das Substrat 12 gesiebt (screened) werden, um die se strukturelle
Anforderung zu erfüllen.
Dielektrikum 18, vorzugsweise eine Mischung aus ferroelektrischem und
Glasmaterial, wird auf die Elektroden 14, 16 gesiebt,
auch in einer herkömmlichen
und bekannten Art und Weise. Wie man in der Figur klar erkennen kann,
ist das dielektrische Flächenelement
bzw. die dielektrische Folie somit auf einer gemeinsamen Seite jeder
der Plattenelektroden 14, 16 angeordnet.
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Ein
aus einem leitenden Elastomer gebildetes Schaltglied 22 ist
gegenüber
dem Dielektrikum 18 angeordnet, und zwar zum selektiven
Kontakt damit bei Bewegung des Schaltglieds aus einer ersten Ruheposition
in Richtung der Folie 18. Schaltglied 22, herkömmlich bezeichnet
als leitende Scheibe oder Pille ist aus mit leitendem Material durchsetzten
bzw. vermischten Elastomer geformt, so dass, wenn das Elastomer 22 komprimiert
wird die Kapazität
der Anordnung detektierbar variiert.
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Es
ist ein Merkmal der Erfindung, dass das Schaltglied 22 primär gehalten
wird durch eine Elastomerfolie 26, die ein Seitenwandbasisteil 30 aufweist,
das direkt am Substrat 12 angreift, und zwar zum Unterstützen der
Folie 26 und eines oberen Wandteils 32, das eine
Vertiefung 34 aufweist, in der das Schaltglied 22 aufgenommen
wird. Es kann erkannt werden, dass die obere Wand 32 und
die Seitenwand 30 durch einen beugbaren bzw. auslenkbaren
Randteil 38 verbunden sind, der die obere Wand 32 und
Schaltglied 22 oberhalb des Dielektrikums 18 elastisch
trägt.
Der Randbereich 38 wird am Substrat angreifen und zwar
bei der Bewegung des Schaltglieds in Richtung der dielektrischen
Folie, wobei der Randteil nach einer vorbestimmten Auslenkung umspringen
(buckle) wird, und zwar um für
den Nutzer eine fühlbare
Rückmeldung
einer schnappaktionsartigen Bewegung vorzusehen. Wie oben erwähnt, liefert
nicht nur die Bewegung des Betätigungsglieds solche
fühlbare
Rückmeldung
an einen Nutzer, sondern Eingreifen des Schaltglieds 22 an
das Dielektrikum 18 und dessen fortgesetzte Komprimierung beim
Kontakt mit dem Dielektrikum bildet effektiv einen variablen Kondensator
mit den Platten 14, 16, so dass elastische Deformation
des Schaltglieds 22 die Kapazität des Kondensators variiert,
und zwar in einer elektrisch detektierbaren Art und Weise. Bei Freigabe
der oberen Wand 32 des Betätigungsglieds durch einen Nutzer
wird die Elastomerfolie in ihre ursprüngliche Ruheposition zurückkehren
wie in der Fig. gezeigt.
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Mit
Bezug auf 2 ist zu sehen, dass eine einzelne
Elastomerfolie 50 eine Vielzahl von Betätigungsgliedern und Schaltgliedern
aufweisen kann, die selektiv angeordnet sind zur Ausrichtung mit
einer zugehörigen
Vielzahl von kapazitiven Elementen 52. 2 zeigt
ein typisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und zwar ausgebildet als eine Schalteranordnung,
die auf einer Fahrzeugtürarmlehne
angeordnet werden soll. Die Vorsprünge 54 aus der Folie 50 tragen
jeweils ein Schaltglied 22, das assoziativ ausgerichtet
ist mit einem Satz von leitenden Platten und einer dielektrischen
Folie, in der in 1 gezeigten Art und Weise. Das
Substrat 56 umfasst eine Vielzahl elektrischer Verbindungen
(nicht gezeigt), so dass jeder der Schalter 54 in Kombination
mit seinem zugeordneten kapazitiven Element 52 als unabhängiger Schalter
operieren kann. Befestigung der Folie 50 auf dem Substrat
kann in einer Vielzahl von herkömmlich
bekannten Arten und Weisen stattfinden, einschließlich einer
ineinander greifenden Vorsprungs- und Öffnungsanordnung, Kleber oder
mechanischen Befestigungen.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben
worden ist, ist zu verstehen, dass die Erfindung modifiziert und
variiert werden kann und nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist.