DE19846477C2 - Kapazitive Steuereinrichtung für elektrische Schalteinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Steuereinrichtung für elektrische Schalteinrichtungen.

Zur Betätigung von elektrischen Verbrauchern wie z. B. Pumpenmotoren, Magnetventilen und elektrischen Leuchten im Sanitärbereich, insbesondere an Whirlpools, Waschbecken oder in Duschkabinen werden vorzugsweise mechanische Folientastaturen auf den vorwiegend glatten Keramik- oder Kunstharzoberflächen zusätzlich aufmontiert. Die für die Folientastaturen erforderlichen elektrischen Zuleitungen müssen diese wasserundurchlässigen Oberflächen durchstoßen. Ein zusätzliches Gehäuse umhüllt Folientastatur und Durchbruchstelle zwecks Abdichtung vor eindringendem Wasser. Zudem stellen diese Bedienkonsolen einen erheblichen Designbruch dar, erhöhen die Verletzungsgefahr, behindern Reinigungsarbeiten und haben eine hohe Ausfallhäufigkeit.

Die DE 31 49 722 A1 beschreibt eine kapazitive Steuereinrichtung mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Sensorflächen und einer Abschirmelektrode, die hinter einer nichtleitenden Scheibe angeordnet sind.

Aus der DE 32 21 223 A1 ist eine kapazitive Steuereinrichtung für elektrische Schalteinrichtungen bekannt, bei der eine elektrisch leitfähige Sensorfläche von einer ringförmigen elektrisch leitfähigen Sensorfläche umschlossen ist und Verschiebungsströme ausgewertet werden.

In der DE 92 13 039 U1 wird vorgeschlagen, unter einem Rand einer Badewanne aus Kunststoff als Betätigungseinrichtung für Schaltvorrichtungen kapazitive Näherungsschalter anzuordnen. Allgemein bekannt ist, dass kapazitive Näherungsschalter auf einen Schaltabstand einjustiert werden. Beim Auflegen eines Fingers oberhalb des Wannenrandes wird dieser unterschritten, und ein Signal an die Schaltvorrichtung wird abgegeben. Nachteilig dabei ist, dass Ansammlungen von Wasser auf dem Wannenrand bereits aufgrund der hohen Dielektrizitätskonstante von 80 eine Unterschreitung des Schaltabstandes auslösen und so zu einer Dauerblockierung der Betätigungsvorrichtung führen.

Auch bei einem überlaufenden Wasserschwall oder bei Reinigungsarbeiten werden diese Betätigungseinrichtungen ausgelöst. Dieser Vorschlag stellt daher keinen gleichwertigen Ersatz für bisherige mechanische Tasten dar und hat sich daher in der Praxis auch nicht bewährt. Ebenso ist seine Anwendung hinter Fliesenflächen, in Duschkabinen oder unter Waschtischrändern konstruktiv und technologisch nicht praktikabel.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mechanische Tasten und Schalter bzw. kapazitive Näherungsschalter vorzugsweise im Sanitärbereich durch Anordnungen von Betätigungseinrichtungen zu ersetzen, die durch eine undurchbrochene Wandung eines nichtleitenden Konstruktionsteiles hindurch wirken, ohne bei Wasseransammlungen, Wasserschwällen oder Reinigungsarbeiten eine Fehlauslösung oder Blockierung zu verursachen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Insbesondere kann durch die Erfindung eine Anzahl von leitfähigen Sensorflächen 2, 8, z. B. in Form von leitfähigen Metallfolien, eng benachbart angeordnete Tastaturfelder 3, 4 gebildet werden, wobei diese von einer leitfähigen ringförmigen Sensorfolie 1 umschlossen werden. Alle Folien sind über je ein Kabel 5 mit einer dezentralen Auswerteelektronik 6 und unter­ einander mit Verlängerungsleitungen 7 verbunden. Eine dezentrale Auswerteelektronik 6 besteht vorzugsweise aus digitalen kapazitiven Bewegungssensoren gemäß DE 195 01 232 C1, welche über die angeschlossenen Metallfolien Verschiebungsströme durch die nichtleitenden Konstruktionsteile hindurch in den umgebenden Raum fließen lassen. Es werden nur genügend schnelle Änderungen der Verschiebungsströme erfasst und vorzugsweise über ein Mikrorechnerprogramm ausgewertet. Langsame Änderungen sind kompensierbar.

Eine Ansammlung von Wasser oberhalb einer Sensorfolie kann daher keine blockierende Wirkung mehr auf die Betätigungsvorrichtung ausüben.

Eine gewünschte Betätigung durch einen Fingertipp wird durch eine kurzzeitige Zunahme und darauffolgende Abnahme der Verschiebungsströme innerhalb eines Zeitraumes erkannt, der an die menschliche Bewegungsmotorik angepasst ist. Alle anderen Verschiebungs­ stromänderungen führen zu keinem gültigen Steuersignal für die Schalteinrichtungen 9.

Im Falle eines Wasserschwalles über das Tastaturfeld hinweg wird in jedem Falle zuerst die Ringsensorfolie 1 erreicht, wobei ihr Signal zeitlich vor allen anderen Signalen ansteht und diese eine Zeitlang blockiert. Vorzugsweise durch ein Mikrorechnerprogramm werden gleichzeitig auftretende Steuersignale eliminiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Anordnung eines Tastaturfeldes 3 der erfindungsgemäßen Art mit einem Tochtertastaturfeld 4, das über Verbindungsleitungen 7 angekoppelt ist.

Ein ringförmiger Foliensensor 1 umgibt die leitfähigen Metallfolien 2, 8, die bei einem Fingertipp die Verschiebungsstromänderungen über die Verbindungsleitungen 7 und über angeschlossene abgeschirmte Leitungen 5 an die Auswerteelektronik 6 weiterleiten. Ein Mikrorechner generiert daraus Stellbefehle, die über Steuerleitungen den Schalteinrichtungen 9 zugeführt werden. Wahlweise können weitere Tastaturfelder 4 angeordnet werden, indem leitfähige Metallfolien entsprechender Art untereinander mit Verlängerungsleitungen 7 verbunden werden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen beispielhaften Whirlpool. Die Leitungen 5 verbinden die Folienflächen der Tastatur 3 mit einer Auswerteelektronik 6. Ein Fingertipp auf eine gewünschte Sensorfläche lässt durch die Wandung des Trogbereiches der Whirlpoolwanne hindurch Verschiebungsströme über die Hand in das Badewasser fließen, welche ausgewertet werden.

Claims (5)

1. Kapazitive Steuereinrichtung für elektrische Schalteinrichtungen (9), wobei ein Tastaturfeld (3) hinter elektrisch nichtleitenden Konstruktionswandungen angeordnet ist und wenigstens zwei elektrisch leitfähige Sensorflächen (2) aufweist, welche von einer ringförmigen elektrisch leitfähigen Sensorfläche (1) umschlossen sind,

• - jede einzelne der wenigstens zwei elektrisch leitfähigen Sensorflächen (2) sowie die ringförmige Sensorfläche (1) über jeweils eine eigene abgeschirmte Leitung (5) mit einer Auswerteelektronik (6) verbunden sind,
• - die Auswerteelektronik (6) über die angeschlossenen Sensorflächen (1, 2) Verschiebungsströme durch die nichtleitenden Konstruktionsteile hindurch erfasst und schnelle Änderungen der Verschiebungsströme auswertet,
• - eine Detektion einer Verschiebungsstromzunahme und einer innerhalb eines wählbaren Zeitraumes auftretenden Verschiebungsstromabnahme zu einem Steuersignal für die Schalteinrichtungen (9) führt,
• - die Abgabe eines Steuersignals für die Schalteinrichtungen (9) für einen bestimmten Zeitraum unterbunden wird, wenn ein Verschiebungsstrom der ringförmigen Sensorfläche (1) zeitlich vor einem Verschiebungsstrom zumindest einer der wenigstens zwei eingeschlossenen Sensorflächen (2) auftritt.

2. Kapazitive Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Tastaturfelder (4) vorgesehen sind, wobei die entsprechenden Sensorflächen der Tastaturfelder (3, 4) untereinander mit abgeschirmten Leitungen (7) verbunden sind.

3. Kapazitive Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabe eines Steuersignals für die Schalteinrichtungen (9) bei Verschiebungsströmen, die bei allen Sensorflächen gleichzeitig auftreten, für einen begrenzbaren Zeitraum unterbunden wird.

4. Kapazitive Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabe von Steuersignalen bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Sensorflächen (2) innerhalb eines wählbaren Zeitraumes unterbunden wird.

5. Kapazitive Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung der Verschiebungsströme ein Mikrorechnerprogramm eingesetzt wird.