DE102008044030A1

DE102008044030A1 - Eingabevorrichtung, Hausgerät und Verfahren zum Betreiben einer Eingabevorrichtung

Info

Publication number: DE102008044030A1
Application number: DE102008044030A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Wagner
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2010-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung, ein Hausgerät (1) und ein Verfahren zum Betreiben einer Eingabevorrichtung. Die Eingabevorrichtung umfasst eine Eingabeeinrichtung (5), die ein piezoelektrisches Element (21) und wenigstens eine operativ mit dem piezoelektrischen Element (21) gekoppelte Elektrode (22, 23) aufweist und eingerichtet ist, in einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand betrieben zu werden. Im ersten Betriebszustand ist eine aufgrund einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Elements (21) erzeugte und an der Elektrode (22, 23) anliegende erste elektrische Spannung (U1) einem Betätigen der Eingabeeinrichtung (5) zugeordnet. Im zweiten Betriebszustand bewirkt eine an der Elektrode (22, 23) angelegte zweite elektrische Spannung (U2) eine weitere mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements (21), die eine taktile Rückmeldung auf das Betätigen der Eingabeeinrichtung (5) zur Folge hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung, insbesondere für eine Hausgerätesteuerung, ein Haushaltsgerät und ein Verfahren zum Betreiben einer Eingabevorrichtung.
Eingabeelemente z. B. an Hausgerätesteuerungen, zu deren Betätigung kein oder nur ein unmerklicher Betätigungshub erforderlich ist, werden üblicherweise als Sensortasten bezeichnet und können beispielsweise eine relativ hochwertige Anmutung, ein relativ leichtes Reinigen oder eine relativ große Designfreiheit des relevanten Hausgerätes bieten. Ein Nachteil von Sensortasten ist es jedoch, dass diese einer Bedienperson keine taktile Rückmeldung über den Betätigungszustand des Eingabeelementes bieten, so wie es beispielsweise bei mechanischen Tastern möglich ist. Um diesen Nachteil zumindest teilweise zu beheben, kann über einen Lautsprecher in Form eines mehr oder weniger langen Pieps-Tones das Ansprechen des Sensortasters signalisiert werden, um beispielsweise ein unnötiges Überdrücken des Sensortasters zu vermeiden. Dieses Verfahren wird auch bei Tasterkonstruktionen verwendet, die aufgrund ihres Aufbaus (z. B. Folientaster) ebenfalls nur eine unzureichende taktile Rückmeldung erzeugen.
Trotz dieser Maßnahme wird das Betätigen eines Sensortaster von vielen Bedienpersonen wegen der fehlenden mechanischen Rückmeldung als unangenehm empfunden.
Die DE 103 00 469 A1 offenbart Maschinen-, Umgebungs- oder Programmzustände, Hinweise oder sonstige Informationen direkt von einem Bediensystem, Infosystem oder einer anderen Komponente mittels Vibratoren oder Shaker aktiv an die Hand, den Finger oder den Fuß einer Bedienperson fühlbar zu melden. In Kombination mit elektronischen Tastaturtechniken und Komponenten, wie z. B. HF-/Kapazitiv-, FSR-, Piezo- und Infrarottastaturen, können Zustände der Maschine erfühlbar bzw. erfassbar werden.
Die DE 41 40 780 A1 offenbart eine Computermaus, die neben der üblichen Funktion dem Menschen über die von ihm berührten Betätigungsknöpfe der Computermaus mittels einer Matrix von senkrecht zur Berührungsfläche beweglichen Elementen das Profil des Bildschirminhaltes im Bereich der Mausposition taktil wahrnehmbar abbildet. Hierzu sind kleine Hubmagnete, Tauchspulsysteme oder Piezo-Elemente innerhalb der Betätigungsknöpfe angeordnet, deren Bewegungen über kleine Stößel auf die berührte Oberfläche übertragen werden. Die Aktivierung der Hubmagnete, Tauchspulsysteme oder Piezo-Elemente von einem Steuerrechner führt zu einer Bewegung der Stößel relativ zur Oberfläche, ohne die Eingabefunktion dadurch zu beeinträchtigen.
Die WO 2006/045209 A2 offenbart ein Eingabegerät zur Eingabe von Signalen in ein elektronisches Gerät mit einem Prozessor. Das Eingabegerät umfasst ein Tastfeld zur Eingabe von Positionsdaten, über welches Positionsdaten eines mit dem Tastfeld von oben in Kontakt befindlichen Eingabeobjektes an den Prozessor übermittelt werden, und spezifisch zugewiesene Tastenbereiche, über welche mit einem Eingabeobjekt diskrete Eingaben an den Prozessor übermittelt werden. Die Tastenbereiche sind in das Tastfeld integriert. Unterhalb des Tastfeldes ist eine Silikonmembran, ein Metallfrosch oder eine Polydomfolie angeordnet, das/der/die in Abhängigkeit der durch ein Eingabeobjekt in einem Tastenbereich angelegten Kraft eine taktile Rückmeldung gibt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Sensortaster anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Eingabevorrichtung, aufweisend eine Eingabeeinrichtung, die ein piezoelektrisches Element und wenigstens eine operativ mit dem piezoelektrischen Element gekoppelte Elektrode aufweist und eingerichtet ist, in einem ersten Betriebszustand und in einem zweiten Betriebszustand betrieben zu werden, wobei im ersten Betriebszustand eine aufgrund einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Elements erzeugte und an der Elektrode anliegende erste elektrische Spannung einem Betätigen der Eingabeeinrichtung zugeordnet ist und im zweiten Betriebszustand eine an der Elektrode angelegte zweite elektrische Spannung eine weitere mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements bewirkt, die eine taktile Rückmeldung auf das Betätigen der Eingabevorrichtung zur Folge hat.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer eine Eingabeeinrichtung umfassenden Eingabevorrichtung, aufweisend folgende Verfahrensschritte:

– Erkennen eines Betätigens der Eingabeeinrichtung, die ein piezoelektrisches Element und wenigstens eine operativ mit dem piezoelektrischen Element gekoppelte Elektrode aufweist, aufgrund eines Detektieren einer ersten elektrischen Spannung, die aufgrund einer dem Betätigen der Eingabeeinrichtung zugeordneten mechanischen Verformung des piezoelektrischen Elements an der Elektrode anliegt, und
– aufgrund der detektierten ersten elektrischen Spannung, Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung an der Elektrode, die eine weitere mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements bewirkt, die eine taktile Rückmeldung auf das Betätigen der Eingabeeinrichtung zur Folge hat.

Die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung weist demnach die Eingabeeinrichtung auf, die wiederum das piezoelektrische Element umfasst, das mit der wenigstens einen Elektrode gekoppelt ist. Dies wird gegebenenfalls erreicht, indem das piezoelektrische Element zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Das piezoelektrische Element besteht z. B. aus einem Piezokristall, dem der so genannte piezoelektrische Effekt, kurz „Piezoeffekt”, innewohnt. Der piezoelektrische Effekt beschreibt das Erzeugen einer elektrischen Polarisation des piezoelektrischen Elements beim Anlegen einer mechanischen Spannung.
Die Eingabeeinrichtung wird in den beiden Betriebszuständen betrieben. Im ersten Betriebszustand erzeugt das piezoelektrische Element aufgrund der mechanischen Verformung eine elektrische Ladung, der die an der Elektrode bzw. den Elektroden anliegenden ersten elektrischen Spannung zugeordnet ist. Im ersten Betriebszustand entspricht die Eingabeeinrichtung im Wesentlichen einem Sensortaster, d. h. die mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements wird durch ein Drücken der Eingabeeinrichtung bewirkt.
Der piezoelektrische Effekt funktioniert jedoch in beide Richtungen, d. h. dass sich piezoelektrische Materialien beim Anlegen einer elektrischen Spannung verformen. Somit lässt sich ein Piezo-Element (piezoelektrische Element) sowohl als Sensor als auch als Aktor verwenden. Eingesetzt als Sensor, wandelt es eine mechanische Verformung in elektrische Ladung um. Dieser Effekt wird für den ersten Betriebszustand ausgenützt.
Angesteuert als Aktor, reagiert das Piezo-Element auf eine elektrische Spannungsänderung an seinen Anschlüssen (zweite elektrische Spannung an den Elektroden, die insbesondere impulsförmig ausgebildet sein kann) mit einer Änderung seiner Geometrie.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, das Piezo-Element mit Elektrode in der Applikation zunächst als Sensor zu verwenden, d. h. seine Ausgangsspannung (erste Ausgangsspannung) gegebenenfalls auszuwerten, um es insbesondere dann nach erkanntem Tastendruck als Aktor für die taktile Rückmeldung zu verwenden (zweiter Betriebszustand).
Somit erlaubt die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung in relativ einfacher Weise das Erzeugen einer adäquaten taktilen Rückmeldung bei Sensortasten.
Dadurch ist es möglich, eine relativ hochwertige Anmutung von Sensortasten mit der relativ angenehmen Haptik eines mechanischen Tasters zu kombinieren.
Es entsteht demnach eine aktive taktile Rückmeldung für Sensor-Tasten zur Verbesserung der Haptik.
Gegebenfalls könnte es wirtschaftlicher und effizienter sein, dem Piezo-Sensor-Element einen für die Ausgabe insbesondere optimierten Piezo-Aktor zuzuordnen, der die mechanische Rückmeldung an eine Bedienperson ausgibt. Für eine mechanisch verbundene Tastenbank reicht dann gegebenenfalls auch ein Aktor aus.
Somit betrifft die Erfindung in einem weiteren Aspekt eine Eingabevorrichtung, aufweisend eine Eingabeeinrichtung, die eine Sensortaste umfasst, die beim Betätigen eine erste elektrische Spannung erzeugt, wobei die Eingabeeinrichtung ein mit der Sensortaste operativ gekoppeltes piezoelektrisches Element und wenigstens eine operativ mit dem piezoelektrischen Element gekoppelte Elektrode aufweist, die eingerichtet ist, aufgrund einer an der Elektrode angelegten zweiten elektrischen Spannung eine mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements zu bewirken, die eine taktile Rückmeldung auf das Betätigen der Sensortaste zur Folge hat. Das piezoelektrische Element ist gegebenenfalls zwischen zwei Elektroden angeordnet.
Die Sensortaste weist z. B. ein weiteres piezoelektrisches Element und wenigstens eine operativ mit dem weiteren piezoelektrischen Element gekoppelte weitere Elektrode auf, an der aufgrund einer mechanischen Verformung des weiteren piezoelektrischen Elements die erste elektrische Spannung anliegt. Das weitere piezoelektrische Element ist gegebenenfalls zwischen den weiteren Elektroden angeordnet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer eine Eingabeeinrichtung umfassenden Eingabevorrichtung, aufweisend folgende Verfahrensschritte:

– Detektieren einer ersten elektrischen Spannung aufgrund eines Betätigen einer mit einem piezoelektrischen Element gekoppelten Sensortaste der Eingabeeinrichtung und
– aufgrund der detektierten ersten elektrischen Spannung, Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung an einer mit dem piezoelektrischen Element operativ gekoppelten Elektrode, die eine mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements bewirkt, die eine taktile Rückmeldung auf das Betätigen der Sensortaste zur Folge hat.

Nach einer zweckmäßigen Variante der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung weist diese eine Steuerungsvorrichtung auf, die eingerichtet ist, ein Betätigen der Eingabeeinrichtung zu erkennen, wenn die erste elektrische Spannung eine elektrische Schwellenspannung erreicht oder überschreitet. Die Steuerungsvorrichtung umfasst z. B. einen Mikroprozessor oder einen Mikrokontroller und ist gegebenenfalls eingerichtet, die erste elektrische Spannung mit der Schwellenspannung zu vergleichen. Betätigt nämlich eine Bedienperson die Eingabeeinrichtung, indem sie insbesondere das piezoelektrische Element durch Drücken verformt, dann ergibt sich die erste elektrische Spannung abhängig vom Grad der Verformung des piezoelektrischen Elements, also vom Grad des Drückens. Wird genügend stark gedrückt, dann erreicht bzw. überschreitet die erste elektrische Spannung die Schwellenspannung und die Steuerungsvorrichtung erkennt das Aktivieren bzw. Betätigen der Eingabeeinrichtung.
Die Steuerungsvorrichtung kann eingerichtet sein, die Eingabeeinrichtung vom ersten in den zweiten Betriebszustand nach dem Betätigen der Eingabeeinrichtung umzuschalten und die zweite elektrische Spannung an die Elektrode bzw. Elektroden anzulegen. Insbesondere kurz oder unmittelbar nach Erkennen des Betätigens der Eingabeeinrichtung kann es vorzugsweise vorgesehen sein, die zweite elektrische Spannung an die Elektrode bzw. den Elektroden anzulegen, d. h. vom ersten in den zweiten Betriebszustand umzuschalten. Dies ermöglicht der Bedienperson eine möglichst schnelle taktile Rückmeldung des Betätigens, insbesondere des erfolgreichen Betätigens der Eingabeeinrichtung.
Die Steuerungsvorrichtung kann auch eingerichtet sein, die zweite elektrische Spannung zu erzeugen und an einem Ausgang der Steuerungsvorrichtung bereit zu stellen.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung weist diese eine erste Schaltvorrichtung auf, die die Steuerungsvorrichtung derart ansteuert, so dass sie während des ersten Betriebszustands geschlossen ist, um die Elektrode mit einem Eingang der Steuerungsvorrichtung operativ zu koppeln, und während des zweiten Betriebszustands geöffnet ist, um die Elektrode von dem Eingang der Steuerungsvorrichtung zu entkoppeln.
Zwischen der ersten Schaltvorrichtung und dem Eingang der Steuerungsvorrichtung kann zweckmäßigerweise ein erster Signalverstärker geschaltet sein, der insbesondere eingerichtet ist, die erste elektrische Spannung zu verstärken. Dies kann nötig sein, wenn die von der Eingabeeinrichtung erzeugte erste elektrische Spannung nicht ausreichend hoch für die Steuerungsvorrichtung ist.
Die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung kann in vorteilhafter Weise auch eine zweite Schaltvorrichtung aufweisen, die die Steuerungsvorrichtung derart ansteuert, so dass sie während des zweiten Betriebszustands geschlossen ist, um die Elektrode mit dem Ausgang der Steuerungsvorrichtung operativ zu koppeln, und während des ersten Betriebszustands geöffnet ist, um die Elektrode von dem Ausgang der Steuerungsvorrichtung zu entkoppeln.
Zwischen dem Ausgang der Steuerungsvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung kann zweckmäßigerweise ein zweiter Signalverstärker geschaltet sein, der insbesondere eingerichtet ist, die zweite elektrische Spannung zu verstärken. Dies kann beispielsweise nötig sein, wenn die von der Steuerungsvorrichtung erzeugte zweite elektrische Spannung nicht ausreichend hoch für eine ausreichende Verformung des piezoelektrischen Elements ist.
Ist der Ausgang z. B. als ein so genannter Tri-State Ausgang ausgeführt, der die Zustände „high”, „low” und „hochohmig” einnehmen kann, dann wird nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung der Tri-State Ausgang während des ersten Betriebszustands in den Zustand „hochohmig” geschaltet.
Die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung ist insbesondere für eine Hausgerätesteuerung vorgesehen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft demnach ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Haushalts-Geschirrspülmaschine, das die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung aufweist.
Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine Geschirrspülmaschine,
2 ein Prinzipschaltbild eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgebildeten Eingabevorrichtung für eine Steuerung der Geschirrspülmaschine, und
3 dem Betrieb der Eingabevorrichtung von 2 zugeordnete elektrische Spannungsverläufe.
Die 1 zeigt eine Haushalts-Geschirrspülmaschine 1 als Beispiel eines Haushaltsgeräts. Die Geschirrspülmaschine 1 weist einen Korpus 2 und eine an dem Korpus 2 schwenkbar angeordnete Tür 3 auf, die einen Spülbehälter zur Aufnahme von Spülgut, z. B. verschmutztem Geschirr und Besteck, begrenzen. Im Spülbehälter sind z. B. nicht näher dargestellte, jedoch allgemein bekannte Geschirrkörbe angeordnet, die bei geöffneter Tür 3 aus dem Spülbehälter zumindest teilweise herausgezogen werden können, um beispielsweise mit dem Spülgut beladen werden zu können.
Die Geschirrspülmaschine 1 weist ferner eine nicht näher dargestellte, dem Fachmann jedoch allgemein bekannte Spülvorrichtung auf, die beispielsweise Sprüharme zum Beaufschlagen des Spülguts mit einer Flüssigkeit, die üblicherweise als Spülflotte bezeichnet wird, aufweist.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist im oberen Bereich der Tür 3 eine Spülerblende mit einem Eingabefeld 4 angeordnet, das mehrere Eingabetasten 5 umfasst, mit denen eine Bedienperson beispielsweise ein zum Betrieb der Geschirrspülmaschine 1 vorgesehenes Spülprogramm auswählen bzw. einstellen kann. Einer der Eingabetasten 5 ist in der 2 als Prinzipschaubild dargestellt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Eingabetaste 5 (Sensortaste) ein piezoelektrisches Element 21 und erste und zweite Elektroden 22, 23 auf. Die beiden Elektroden 22, 23 sind insbesondere flexibel und parallel zueinander angeordnet, wobei die erste Elektrode 22 (Bezugselektrode) zur Tür 3 gewandt ist. Zwischen den beiden Elektroden 22, 23 ist das piezoelektrische Element 21 angeordnet. Um die Eingabetaste 5 z. B. vor Verschmutzung oder Flüssigkeit zu schützen, kann sie beispielsweise mit einer in den Figuren nicht näher dargestellten gegebenenfalls flexiblen Kunststofffolie abgedeckt sein, die über der dem piezoelektrischen Element 21 abgewandten Seite der zweiten Elektrode 23 (Signalelektrode) verläuft.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Geschirrspülmaschine 1 eine Steuerungsvorrichtung 24 auf, die z. B. einen Mikrokontroller oder einen Mikroprozessor aufweist. Die Steuerungsvorrichtung 24 ist eingerichtet, beispielsweise mittels eines auf ihr laufendem Rechenprogramms gewählte Spülprogramme zu steuern und gegebenenfalls die Spülvorrichtung in geeignete Weise anzusteuern. Des Weiteren ist die Steuerungsvorrichtung 24 mit dem Eingabefeld 4 und insbesondere mit den Eingabetasten 5 verbunden, damit, wie bereits erwähnt, die Bedienperson beispielsweise ein zum Betrieb der Geschirrspülmaschine 1 vorgesehenes Spülprogramm auswählen oder einstellen kann.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst die Geschirrspülmaschine 1 einen ersten Schalter 25 und einen dem ersten Schalter 25 nachgeschalteten ersten Signalverstärker 26, dessen Ausgang mit einem Eingang 29 der Steuerungsvorrichtung 24 verbunden ist. Der erste Schalter 25 ist beispielsweise ein elektronischer Schalter auf Transistorbasis und ist außerdem mit der zweiten Elektrode 23 der Eingabetaste 5 elektrisch verbunden. Somit ist bei geöffnetem erstem Schalter 25 die zweite Elektrode 23 mit dem ersten Signalverstärker 26 und somit mit dem Eingang 29 der Steuerungsvorrichtung 24 verbunden und bei geöffnetem erstem Schalter 25 vom ersten Signalverstärker 26 und somit vom Eingang 29 der Steuerungsvorrichtung 24 entkoppelt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst die Geschirrspülmaschine 1 einen zweiten Schalter 27 und einen dem zweiten Schalter 27 vorgeschalteten zweiten Signalverstärker 28, dessen Eingang mit einem Ausgang 30 der Steuerungsvorrichtung 24 verbunden ist. Der zweite Schalter 27 ist beispielsweise ein elektronischer Schalter auf Transistorbasis und ist außerdem mit der zweiten Elektrode 23 elektrisch verbunden.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die erste Elektrode 22 ebenfalls mit der Steuerungsvorrichtung 24 verbunden und die beiden Schalter 25, 27 sind mit der Steuerungsvorrichtung 24 verbunden, so dass diese mittels von der Steuerungsvorrichtung 24 erzeugter erster und zweiter Steuersignale U₃, U₄ die Zustände der beiden Schalter 25, 27 steuern kann.
Die Eingabetaste 5 umfasst das piezoelektrische Element 21, das z. B. aus einem Piezokristall besteht, dem der so genannte piezoelektrische Effekt, kurz „Piezoeffekt”, innewohnt. Der piezoelektrische Effekt beschreibt das Erzeugen einer elektrischen Polarisation des piezoelektrischen Elements 21 beim Anlegen einer mechanischen Spannung. Umgekehrt verformen sich piezoelektrische Materialien beim Anlegen einer elektrischen Spannung.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Eingabetaste 5 derart ausgeführt, so das sie beim Betätigen, d. h. wenn die Bedienperson beispielsweise die Eingabetaste 5 mit einem ihrer Finger 6 in Richtung eines Pfeils 7 drückt, eine taktile Rückmeldung erhält, wenn das Betätigen der Eingabetaste 5 erfolgreich war. Um die taktile Rückmeldung zu realisieren, wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Eingabetaste 5 in zwei von der Steuerungsvorrichtung 24 gesteuerten Betriebsmodi betrieben:
Im ersten Betriebsmodus wird die Eingabetaste 5 im Sensorbetrieb betrieben. In diesem Betriebsmodus steuert die Steuerungsvorrichtung 24 die beiden Schalter 25, 27 derart an, so dass der erst Schalter 25 geschlossen und der zweite Schalter 27 geöffnet ist. Somit ist der Eingang 29 des ersten Signalverstärkers 26 über den ersten Signalverstärker 26 mit der zweiten Elektrode 23 elektrisch verbunden und verstärkt eine an der zweiten Elektrode 23 anliegende elektrische Spannung, wenn die Bedienperson beispielsweise mit ihrem Finger 6 die Eingabetaste 5 in Richtung des Pfeils 7 drückt. Durch das Drücken der Eingabetaste 5 in Richtung des Pfeils 7 verformt sich das piezoelektrische Element 21, wodurch die an den Elektroden 22, 23 anliegende elektrische Spannung erzeugt wird. Die vom ersten Signalverstärker 26 verstärkte Spannung ist eine am Eingang 29 der Steuerungsvorrichtung 24 anliegende elektrische Spannung U₁, deren Verlauf in der 3 dargestellt ist. Die elektrische Spannung U₁ steigt mit zunehmendem Grad der Verformung des piezoelektrischen Elements 21, also mit zunehmendem Grad des Drückens.
Die Steuerungsvorrichtung 24 ist eingerichtet, die elektrische Spannung U₁ auszuwerten. Überschreitet bzw. erreicht die elektrische Spannung U₁ einen vorgegebenen elektrischen Spannungswert U_S, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt t₁ der Fall ist, dann erkennt die Steuerungsvorrichtung 24, dass die Eingabetaste 5 den Zustand „Eingabetaste gedrückt” erreicht hat. Aufgrund des Erkennens dieses Schaltzustands wird beispielsweise ein Spülprogramm der Geschirrspülmaschine 1 oder eine andere Funktion der Geschirrspülmaschine 1 ausgewählt oder gestartet.
Nachdem die Steuerungsvorrichtung 24 den Schaltzustand „Eingabetaste gedrückt” der Eingabetaste 5 erkannt hat, öffnet sie den ersten Schalter 25 mittels des ersten Steuersignals U₃. Gleichzeitig oder unmittelbar nach dem Öffnen des ersten Schalters 25 schließt die Steuerungsvorrichtung 24 den zweiten Schalter 27 mittels des zweiten Steuersignals U₄ und erzeugt einen am Ausgang 30 anliegenden elektrischen Spannungsimpuls U₂ mit Dauer T, um die Eingabetaste 5 in ihrem zweiten Betriebsmodus (Aktorbetrieb) zu betreiben. Der Spannungsimpulse U₂, dessen Verlauf in der 3 dargestellt ist, beginnt zum Zeitpunkt t₁ oder kurz danach.
Der Spannungsimpuls U₂ wird vom zweiten Signalverstärker 28 verstärkt und liegt verstärkt an der zweiten Elektrode 23 bzw. an den Elektroden 22, 23 an. Aufgrund der an den Elektroden 22, 23 durch den verstärkten Spannungsimpuls U₂ anliegenden elektrischen Spannung reagiert das piezoelektrische Element 21 mit einer mechanischen Verformung, die die Bedienperson mit ihrem Finger 6 als Schaltknack spüren und gegebenenfalls auch hören kann. Dadurch erhält die Bedienperson eine taktile und gegebenenfalls auch eine akustische Rückmeldung auf das (erfolgreiche) Betätigen der Eingabetaste 5.
Unmittelbar nach dem Ende des Spannungsimpulses U₂ schaltet die Steuerungsvorrichtung 24 die Eingabetaste 5 wieder in ihren ersten Betriebsmodus, indem sie zum Zeitpunkt t₂ den zweiten Schalter 27 öffnet und den ersten Schalter 25 schließt. Entlastet die Bedienperson die Eingabetaste 5 z. B. zum Zeitpunkt t₃, dann ist das piezoelektrische Element 21 keiner mechanischen Spannung mehr ausgesetzt und es stellt sich eine elektrische Spannung U₅ am Eingang 29 der Steuerungsvorrichtung 24 ein, die eine umgekehrte Polarität im Vergleich zur elektrischen Spannung U₁ zum Zeitpunkt t₁ aufweist. Die elektrische Spannung U₅ baut sich nach einer gewissen Zeit ab, so dass die Eingabetaste 5 wieder betätigt werden und gegebenenfalls wieder nach einem weiteren Betätigen in den zweiten Betriebsmodus (Aktorbetrieb) umgeschaltet werden kann, um gegebenenfalls einen weiteren Schaltknacks zu erzeugen.
Die Steuerungsvorrichtung 24 kann insbesondere einen Mikrokontroller oder einen Mikroprozessor aufweisen, der die Schalter 25, 27 ansteuert. Je nach verwendetem Mikrokontroller- bzw. Mikroprozessortyp können auf die Schalter 25, 27 und/oder die Signalverstärker 26, 28 verzichtet werden.
Ist beispielsweise der Eingang 29 der Steuerungsvorrichtung 24 empfindlich und gegebenenfalls auch übersteuerungsfest genug, dann ist der erste Signalverstärker 26 und gegebenenfalls auch der erste Schalter 25 nicht nötig.
Kann die Steuerungsvorrichtung 24 an ihrem Ausgang 30 einen elektrischen Spannungsimpuls U₂ mit einer ausreichend hohen elektrischen Spannung erzeugen, dann kann der zweite Signalverstärker 28 entfallen.
Ist der Ausgang 30 z. B. als ein so genannter Tri-State Ausgang ausgeführt, dann kann auch der zweite Schalter 27 entfallen. Ein Tri-State Ausgang weist drei Zustände auf, nämlich die Zustände „high”, „low” und „hochohmig”. Mittels der Zustände „low” und „high” kann der als Tri-State Ausgang ausgeführte Ausgang 30 den elektrischen Spannungsimpuls U₂ erzeugen. Dem Zustand „hochohmig” entspricht der Zustand des zweiten Schalters 27 in seiner geöffneten Stellung.
Gegebenfalls könnte es wirtschaftlicher und effizienter sein, die Eingabetaste 5 lediglich als Sensortaster zu verwenden und dem piezoelektrischen Element 21 ein weiters nicht näher dargestelltes piezoelektrisches Element mit Elektroden zuzuordnen, die im zweiten Betriebsmodus, d. h. als Piezo-Aktor, betrieben werden, der die mechanische Rückmeldung an die Bedienperson ausgibt. Für eine mechanisch verbundene Tastenbank, wie z. B. das mehrere Eingabetasten 5 umfassende Eingabefeld 4, reicht dann gegebenenfalls auch ein einziger Piezo-Aktor aus.

1: Geschirrspülmaschine
2: Korpus
3: Tür
4: Eingabefeld
5: Eingabetaste
6: Finger
7: Pfeil
21: piezoelektrisches Element
22, 23: Elektrode
24: Steuerungsvorrichtung
25: Schalter
26: Signalverstärker
27: Schalter
28: Signalverstärker
29: Eingang
30: Ausgang
T: Dauer
t₁, t₂, t₃: Zeitpunkt
U₁: elektrische Spannung
U₂: elektrischer Spannungsimpuls
U₃, U₄: Steuersignal
U₅: elektrische Spannung
U_S: Spannungswert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10300469 A1 [0004]
- DE 4140780 A1 [0005]
- WO 2006/045209 A2 [0006]

Claims

Eingabevorrichtung, aufweisend eine Eingabeeinrichtung (5), die ein piezoelektrisches Element (21) und wenigstens eine operativ mit dem piezoelektrischen Element (21) gekoppelte Elektrode (22, 23) aufweist und eingerichtet ist, in einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand betrieben zu werden, wobei im ersten Betriebszustand eine aufgrund einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Elements (21) erzeugte und an der Elektrode (22, 23) anliegende erste elektrische Spannung (U₁) einem Betätigen der Eingabeeinrichtung (5) zugeordnet ist und im zweiten Betriebszustand eine an der Elektrode (22, 23) angelegte zweite elektrische Spannung (U₂) eine weitere mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements (21) bewirkt, die eine taktile Rückmeldung auf das Betätigen der Eingabevorrichtung (5) zur Folge hat.
Eingabevorrichtung, aufweisend eine Eingabeeinrichtung, die eine Sensortaste (5) umfasst, die beim Betätigen eine erste elektrische Spannung (U₁) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung (5) ein mit der Sensortaste operativ gekoppeltes piezoelektrisches Element (21) und wenigstens eine operativ mit dem piezoelektrischen Element (21) gekoppelte Elektrode (22, 23) aufweist, die eingerichtet ist, aufgrund einer an der Elektrode (22, 23) angelegten zweiten elektrischen Spannung (U₂) eine mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements (21) zu bewirken, die eine taktile Rückmeldung auf das Betätigen der Sensortaste (5) zur Folge hat.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 2, dessen Sensortaste (5) ein weiteres piezoelektrisches Element und wenigstens eine operativ mit dem weiteren piezoelektrischen Element gekoppelte weitere Elektrode aufweist, an der aufgrund einer mechanischen Verformung des weiteren piezoelektrischen Elements die erste elektrische Spannung (U₁) anliegt.
Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend eine Steuerungsvorrichtung (24), die eingerichtet ist, – ein Betätigen der Eingabeeinrichtung (5) zu erkennen, wenn die erste elektrische Spannung (U₁) eine elektrische Schwellenspannung (U_S) erreicht oder überschreitet, – die Eingabeeinrichtung (5) vom ersten in den zweiten Betriebszustand nach dem Betätigen der Eingabeeinrichtung (5) umzuschalten und die zweite elektrische Spannung (U₂) an die Elektrode (22, 23) anzulegen, und/oder – die zweite elektrische Spannung (U₂) zu erzeugen und an einem Ausgang (30) der Steuerungsvorrichtung (24) bereitzustellen.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 4, aufweisend eine erste Schaltvorrichtung (25), die die Steuerungsvorrichtung (24) derart ansteuert, so dass sie während des ersten Betriebszustands geschlossen ist, um die Elektrode (22) mit einem Eingang (29) der Steuerungsvorrichtung (24) operativ zu koppeln, und während des zweiten Betriebszustands geöffnet ist, um die Elektrode (22) von dem Eingang (29) der Steuerungsvorrichtung (24) zu entkoppeln.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, aufweisend eine zweite Schaltvorrichtung (27), die die Steuerungsvorrichtung (24) derart ansteuert, so dass sie während des zweiten Betriebszustands geschlossen ist, um die Elektrode (22) mit dem Ausgang (30) der Steuerungsvorrichtung (24) operativ zu koppeln, und während des ersten Betriebszustands geöffnet ist, um die Elektrode (22) von dem Ausgang (30) der Steuerungsvorrichtung (24) zu entkoppeln.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Ausgang (30) der Steuerungsvorrichtung (24) als ein Tri-State Ausgang mit den Zustände „high”, „low” und „hochohmig” ausgeführt ist, wobei der Tri-State Ausgang während des ersten Betriebszustands den Zustand „hochohmig” einnimmt.
Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die zweite elektrische Spannung (U₂) impulsförmig ausgebildet ist.
Haushaltsgerät, insbesondere Haushalts-Geschirrspülmaschine, aufweisend eine Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verfahren zum Betreiben einer eine Eingabeeinrichtung (5) umfassenden Eingabevorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend folgende Verfahrensschritte: – Erkennen eines Betätigens der Eingabeeinrichtung (5), die ein piezoelektrisches Element (21) und wenigstens eine operativ mit dem piezoelektrischen Element (21) gekoppelte Elektrode (22, 23) aufweist, aufgrund eines Detektieren einer ersten elektrischen Spannung (U₁), die aufgrund einer dem Betätigen der Eingabeeinrichtung (5) zugeordneten mechanischen Verformung des piezoelektrischen Elements (21) an der Elektrode (22) anliegt, und – aufgrund der detektierten ersten elektrischen Spannung (U₁), Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung (U₂) an die Elektrode (22), die eine weitere mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements (21) bewirkt, die eine taktile Rückmeldung auf das Betätigen der Eingabeeinrichtung (5) zur Folge hat.
Verfahren zum Betreiben einer eine Eingabeeinrichtung (5) umfassenden Eingabevorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend folgende Verfahrensschritte: – Detektieren einer ersten elektrischen Spannung (U₁) aufgrund eines Betätigens einer mit einem piezoelektrischen Element (21) gekoppelten Sensortaste der Eingabeeinrichtung (5), und – aufgrund der detektierten ersten elektrischen Spannung (U₁), Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung (U₂) an einer mit dem piezoelektrischen Element (21) operativ gekoppelten Elektrode (22), die eine mechanische Verformung des piezoelektrischen Elements (21) bewirkt, die eine taktile Rückmeldung auf das Betätigen der Sensortaste zur Folge hat.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Sensortaste ein weiteres piezoelektrisches Element und wenigstens eine operativ mit dem weiteren piezoelektrischen Element gekoppelte weitere Elektrode aufweist, an der aufgrund einer dem Betätigen der Sensortaste zugeordneten mechanischen Verformung des weiteren piezoelektrischen Elements die erste elektrische Spannung (U₁) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, aufweisend Vergleichen der ersten elektrischen Spannung (U₁) mit einer Schwellenspannung (U_S) und Erkennen des Betätigens der Eingabeeinrichtung (5), wenn die ersten elektrische Spannung (U₁) die Schwellenspannung (U_S) erreicht oder überschreitet und/oder Anlegen an der Elektrode (22) einer impulsförmigen elektrischen Spannung als die zweite elektrische Spannung (U₂).