专利名称：具有电容传感器元件的操作装置和具有这种操作装置的电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的电器用操作装置以及电器。
背景技术：
已经知道了各式各样的、通过放上手指或用手指略微施压来操作电器的操作装置。EP859467A和EP859468A说明了功能原理，根据该功能原理，无需施加很大压力或者不用走完操作路程，就可以在电容传感器元件中引起电容变化。这可以认定为是操作。
DE19811372A公开了，在电器饰板的下方，例如在玻璃陶瓷灶的金属框架上，设置带有压电元件的开关。如果在压电元件之上的饰板区放上手指并施加一定压力，那么压电元件就可以识别出该压力并认定为是操作。在这种情况下不利的是，压电元件相对较贵并且有时容易机械损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供上述的操作装置和具有该操作装置的电器，利用该操作装置，就可以避免现有技术的问题，特别是电容传感器元件的使用区在每天使用中的耐用性和可靠性同时增大。
该目的通过具有权利要求1所述特征的操作装置和具有权利要求13所述特征的电器得以实现。本发明有利的的优选实施方案是从属权利要求的主题，在下面将进一步说明。权利要求的语句被明确引用作为说明书的内容。
根据本发明，操作装置具有可变形的或弹性的操作区，该操作区因放置手指在操作区上或用手指施压而变形，在此，作为导致操作的压力，使用数量级为几牛顿的力。在操作区下设有优选为平面状的电容传感器元件，它呈导电的、下传感器表面的形式。它构成电容传感器元件的电容器片。在操作区和传感器元件或传感器表面之间，设有电介质层。操作区的外面或上面是金属的或者导电的。如果如上所述地按压操作区，则它接近下面的传感器表面，因而电介质层变薄，在传感器元件上发生电容改变。电容的改变通过对应的分析来监测，并从规定的大小开始被认定为是有意识的操作，所述规定的大小通常对应于一定的压力，进而对应于一定的操作区的弯曲。
本发明的优点主要在于，也可以为具有控制和分析优点的电容传感器元件配备对应的操作区的金属表面。特别是，可以整合在大的金属表面中，特别是其中一个未分开的、但仍能看到的区域作为操作区。特别是，可以将多个不同的传感器元件或操作区设置在连续的金属表面之下，而不会造成传感器元件相互影响或干扰。
操作区或其构成材料可以是完全导电的。它优选由金属层构成。当金属层在操作装置的区域或者一个或多个操作区的区域内连续构成时，就为操作装置提供了一种容易清洁并且相对不易损伤的表面。该操作区可以由薄金属构成，例如厚度小于1mm且特别是几百微米厚的金属箔。作为材料，原则上可以提供弹性满足上述要求的任何金属。尤其可以使用不锈钢或镀铬金属，其由于耐蚀性而具有突出的优点。
电介质层原则上能以各种各样的方式构成。通过相应的介电常数，可以影响传感器元件中的电容器的绝对值。对电介质最重要的要求是借助上述的有利的操作力的可压缩性。特别是，也可以设置空气作为电介质层。为此，容易有利地在传感器表面或传感器元件和操作区之间产生一定距离。电介质层的厚度可以小于1mm，优选在几百微米范围内。
在本发明的一个优选的实施例中，设置多个传感器元件，它们各自具有传感器表面、位于传感器面上的操作区以及在传感器表面和操作区之间的电介质层，确切的说是以一定间隔并排设置。如果操作区由连续的材料且特别是平面材料如金属片或金属箔制成，则这特别可以实现简化。在此有利的是，没有设置开口，因而表面是防水的并容易清洗。缺口、凹陷或类似结构最好设置在底面上即朝向传感器元件，这样做例如是为了获得较小厚度，以得到压缩时的弹性。
传感器表面可以以一定间隙且特别是几毫米的间隙被一个导电表面环绕，在此它构成接地面。在具有多个并排设置的传感器元件的操作装置中，如果设置一个公共的、电连接的或连续的接地面，则这是有利的。在制造过程中，它可以由与传感器表面相同的金属层制成，其中它们通过结构化在电气方面被分隔开。为了将传感器表面和可能的接地面从操作区的、或许可导电的下表面中分开以及为了将传感器表面和操作区之间的间隙用于电介质层，可以设置间隙层。间隙层应由绝缘的平面材料构成，它也可以作为可加工的层来施加。可以在传感器表面的区域内设置凹陷，以便由此构成由空气构成的电介质层。还可选的方案是，间隙层可由具有适当的介电常数和适当的厚度的材料构成，然后，它位于传感器表面和操作区之间并应该能被充分压缩。
在本发明的另一个改进方案中，可以由平面材料或盖提供所述操作区，所述平面材料或者盖比操作区本身大得多。由此一来，例如可以用一个或多个传感器元件且进而还有操作区在盖或侧壁中构成操作装置，盖或侧壁例如属于电器。因而，这样构成的操作装置可以被集成在这样的壁中，特别是也集成在电器中。在此，可以使盖或其材料在操作区的区域内局部变得比别的地方薄。为此，例如可以在底面进行材料去除，特别是通过材料蚀除方法或通过变形方法例如冲孔或冲压。于是，可以把主要提供支持或保护作用的壁在局部区域制作得较薄，以便在那里固定操作装置的操作区。一种可能方案是，这样的盖可以是电器的饰板，例如前饰板，或者是框架。
根据本发明的电器具有至少一个操作装置，该操作装置对应于上述结构之一。对此，该电器有利地具有一个操作部位，在操作部位中设置带有一个或多个操作区的操作装置。电器例如可以是灶，它具有侧壁部，侧壁部可以作为饰板安置在至少一侧上，或者以框架形式环绕设置。在这里，操作装置被集成在侧壁部或者框架中，例如其传感器元件位于侧壁部或者框架之下。
除了权利要求之外，这些和其它的特征还可以从说明书和附图中得知，这些特征可以单独地或以子组合的多种形式在本发明的实施形式和在其它领域中发挥作用，这些特征是有利的并且本身就是可保护的方案，在此对它们要求保护。将本申请分为几个段落并且所加的小标题不限制在所述小标题和段落下作出的说明的通用性。
附图示意表示本发明的两个实施例，以下将作进一步说明。图中图1示出了根据本发明的操作装置的层结构的剖面。
图2是表示图1的具有并排设置的多个传感器元件的操作装置的一个层的俯视图。
图3是绝缘层的俯视图。
图4是灶的斜视图，其中在框架内整合有与图1类似的操作装置。
具体实施例方式
在图1中示意表示操作装置11的剖面，操作装置11具有操作区13，手指14放置在操作区13上，为操作或触发操作轻轻施压。在操作区13的上面，可以设有能目测识别的标记如文字、印记等。也可以通过借助凹凸的符号对相应的表面进行结构化处理。
操作装置11具有层状结构，该层状结构在下面说明。在作为载体的印刷电路板15上，涂敷金属层17。一方面，金属层17细分成传感器元件17a，其具有引线的平面形状可以从图2的俯视图中看出，并且形成了上述传感器表面。代替传感器元件17a的正方形，显然也可以使用圆形或椭圆形或长条形。传感器元件17a 通过框架缺口18由金属层17形成，它的结构同样可以在图2中看见。环绕的金属面17b形成接地面。金属层17例如可以铜层的形式按照常规方法被涂敷在印刷电路板15上。可以按照现有技术实现结构化。
在金属层17上涂敷具有凹陷20的绝缘层19，凹陷20的形状对应于传感器元件17a的形状，但稍大，使得它象框架缺口18那样环绕传感器元件。绝缘层19可以是塑料膜如聚酯膜。绝缘膜19可以是单面自粘性的，或是双面自粘性的，以便较容易制造该结构。
在绝缘层19上再涂覆有金属箔25。金属箔25可以例如是不锈钢箔、不锈钢片等，其尤其在外露的表面中，由此构成操作区13，其在实际应用中在清洁和维护需要方面是有利的。
金属箔25至少在操作装置11的区域或在操作区13的区域中始终具有相同的厚度。在或选实施方案中，也可以使用较厚的金属层或金属板，其在操作区13范围内被减薄。
在金属箔25和传感器元件17a之间形成间隙，该空隙用空气层22填充。该间隙用虚线以填充空气形式来表示。所含的空气层22形成金属操作区13和传感器元件17a之间的电介质。这在以下还要更详细地说明其功能。代替空气层22，也可以用其它介电材料作为电介质，只要它是可压缩的或者可以被压紧，由此使操作区13靠近传感器元件17a。操作区13的弯曲在手指14的区域中通过向下拱起的虚线来表示。
引线28通向传感器元件17a，该引线来自图2所示的、传感器元件17的向下突出的末端，例如用于操作装置11的控制或分析。如虚线所示，在上面的金属箔25可以接地29，但也可以不接地，在此，只规定了与传感器元件17a或金属层17的环绕表面17b的电容耦合。
图4示出了灶31，特别是所谓的玻璃陶瓷灶。灶31按照常规方式具有环绕的灶台框架33，灶台框架的左下侧被构造成朝向操作者的前面。灶台框架33具有各个操作区13，确切的说在左侧被构造成开/关用开关，在中心区被构造成单个烹饪区的功率调整开关，这些烹饪区示意表示为圆形。通过在操作区13上的按压，可以触发各自对应的功能。从构造看，与图1所示相似的操作装置位于灶台框架33之下。此外，灶台框架33的上表面可以完全由金属层或金属板或金属箔构成，其对应于图1的金属箔25。因为仅在操作区13下设置图1所示的层状结构，所以该金属在灶台框架33的其它区域中可以说是被填成实心的。
或者，灶台框架可以由或许达几毫米厚的金属板材构成。它例如在操作区13或相关的操作装置的区域中从底侧被减薄，从而在减薄区域中容放图1的层状结构。作为从底侧将较厚的金属层减薄的替换方案，也可以从上侧进行减薄。在这种情况下，由此形成的凹陷被用作精确放置手指或类似物的结构。
对于图1中的尺寸要注意其是可以变化的。对印刷电路板15来说，这些层的有利的厚度是任意的。金属层17的厚度也是任意的，例如在0.1mm的范围内，如通常用于覆铜印刷电路板或类似物的情况。绝缘层也可以是0.1mm厚度。在试验中，作为绝缘层上设置的金属箔25使用了0.2mm厚的不锈钢，这可以获得好的结果。在图1中，用虚线放大表示的金属箔25的弯曲可以在微米范围内，例如10μm或更小。在用0.2mm厚的不锈钢作为金属箔25的试验方案中，230克的重量已经造成这样的弯曲，可以在传感器元件17a上确定18％的电容改变。传感器元件17a或操作区的表面优选在每侧约为1到3厘米。在获得清楚界定的放置面的同时，在放置手指14时还实现了弯曲。
功能原则上，本发明的操作装置11基于电容传感器元件17a的分析处理，通过操作实现电容改变。从EP859468A中知道这种电容传感器元件的分析处理电路的例子，不过其传感器元件的结构略有不同。该分析运用电路基本上也可用在这里。
通过把手指14放在操作区13上，因为施压而使操作区或相关的金属箔25产生一定的弯曲，由此改变了在功能上代表电容器表面的传感器元件17a和布置在其上的金属箔25之间的距离。这导致在传感器元件17a上出现明显的电容变化。该电容变化可以被检测和分析处理。通过在这之间设置的电介质22，可以加强借助电容增大的效应，由此改善分析处理能力。
作为相对变化而不是绝对值来掌握电容的改变的另一个优点是，不会与金属箔25可能随时间推移而产生的向下弯曲并由此导致绝对的电容改变相关地引起测量值失真。
因此，本发明提供一种一方面具有电容传感器元件或电容功能原理的操作装置。同时，与此结合的金属表面且特别是不锈钢表面对操作装置来说也可以被用在操作区上。出于实际原因，这非常有利并且存在于各种电器中，特别是在家用电器中。借助手指的小压力已经足以用于操作。同样，非常短的操作路程已足够用了，而这样的短操作路程对机械开关来说作为操作路径将是不够用的。
权利要求
1.电器且优选是家用电器(31)的操作装置，通过按压下面带有电容传感器元件的、可变形的或者弹性的操作区(13)来实施操作，所述传感器元件具有作为电容器片的、导电的传感器下表面(17a)，在所述传感器下表面之上有操作区(13)，在所述操作区和所述传感器下表面之间有电介质层(22)，其特征在于至少所述操作区(13)的外侧是金属的或导电的，通过按压，所述操作区接近所述下传感器表面(17a)并导致电容改变。
2.按照权利要求1所述的操作装置，其特征在于所述操作区(13)是完全导电的，特别是由单个的金属层(25)构成，所述金属层优选在所述操作装置(11)的区域内或在所述操作区的区域内是连续的。
3.按照权利要求2所述的操作装置，其特征在于所述操作区(13)由薄金属如金属箔(25)构成，优选是不锈钢。
4.按照上述权利要求之一所述的操作装置，其特征在于所述电介质层具有空气，特别是所述电介质层仅为空气层(22)。
5.按照上述权利要求之一所述的操作装置，其特征在于所述电介质层(22)的厚度小于1mm，优选大约厚100μm，特别是所述操作区(13)的厚度小于1mm，特别是大约厚0.2mm。
6.按照上述权利要求之一所述的操作装置，其特征在于并排设置多个传感器元件，它们各自具有操作区(13)、在所述操作区之上的传感器表面(17a)以及位于所述操作区和所述传感器表面之间的电介质层(22)，所述操作区优选完全由平面材料制造，特别是由金属箔(17)制成。
7.按照上述权利要求之一所述的操作装置，其特征在于所述传感器表面(17a)以一定间隔由导电表面环绕，所述导电表面构成接地表面(17b)，特别是多个所述传感器表面并排设置并且分别被一个公共的、连续的接地表面环绕。
8.按照权利要求7所述的操作装置，其特征在于所述传感器表面(17a)特别作为金属层设置在载体(15)上，环绕所述传感器表面的接地表面(17b)由同样的金属层通过结构化产生。
9.按照权利要求8所述的操作装置，其特征在于在构成所述传感器表面(17a)和所述接地表面(17b)的层(17)上，涂有特别由绝缘的平面材料(19)构成的间隙层，所述间隙层在所述传感器表面(17a)的区域中具有凹陷(20)，所述操作区(13)设置在所述绝缘的平面材料层上，并且所述电介质层(22)通过在所述传感器表面和所述操作区之间的间隙形成在所述绝缘的平面材料(19)的凹陷(20)中。
10.按照权利要求1至8之一所述的操作装置，其特征在于在所述传感器表面(17a)和所述操作区(13)之间，设有弹性的绝缘的平面材料，该绝缘的平面材料通过按压被紧压到所述操作区上。
11.按照上述权利要求之一所述的操作装置，其特征在于所述操作区(13)由平面材料(25)或盖构成，所述平面材料或者盖相当大并且明显延伸超出所述操作区的尺寸，特别在所述操作区的区域或所述操作装置(11)的区域内，所述盖局部变薄，优选通过在底侧去除材料来实现。
12.按照上述权利要求之一所述的操作装置，其特征在于所述操作装置具有面向操作者的外表面，所述外表面的表面呈饰板或框架(33)的形状并且至少在所述操作区(13)的区域内是完整的，所述操作区是由所述饰板或框架(33)制作成的，或者所述饰板或框架构成所述操作区。
13.电器，特别是家用电器(31)，其特征在于所述电器优选在操作区中具有根据上述权利要求之一所述的操作装置(11)。
14.按照权利要求13所述的电器，其特征在于灶(31)具有一个环绕的框架(33)并将操作装置(11)集成在框架中，其中操作区(13)优选由框架(33)形成或由此制造。
全文摘要
本发明实现了一种具有电容功能的传感器元件(17a)的操作装置(11)，该操作装置具有在作为操作区(13)的金属表面(25)下方的传感器元件，在它们之间设有绝缘层(19)。借助与传感器元件(17a)的电容耦合，按压金属表面(25)导致了传感器元件的电容改变。这可以通过相应的分析处理来确定。
文档编号H05B3/74GK1910819SQ200580002218
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月12日 优先权日2004年1月12日
发明者W·施林, R·多尔瓦特 申请人:E.G.O.电气设备制造股份有限公司