DE10234863A1

DE10234863A1 - Electrical push button switch has a contact pad that applies pressure to a piezo stack or displaces a magnetic core in a coil to generate an electrical output

Info

Publication number: DE10234863A1
Application number: DE2002134863
Authority: DE
Inventors: Thomas Pfenninger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-12

Abstract

The device has a contact pad (12) set into a housing and located beneath it is a stack (13) of piezo electric elements that sit on a base (14). When contact pressure is applied by a finger the piezo stack outputs an electrical signal via pins and tactile feed back is provided

Description

In der vorliegenden Erfindung wird eine gattungsspezifische Vorrichtung und ein Verfahren offenbart, bei denen die zu betätigende Oberfläche eines elektrischen Tasters durch ein taktil spürbares Signal dem Bediener eine Rückmeldung über die ausgelöste Schaltfunktion oder den Zustand der zu schaltenden Komponente ermöglicht.In the present invention discloses a generic device and a method, where the to be operated surface an electrical push button to the operator through a tactile signal a feedback on the triggered Switching function or the state of the component to be switched.

Normalerweise werden elektrische Schalter oder Taster so verwendet, dass über ihren Kontakt eine elektrische Komponente zum Beispiel eine Beleuchtung oder ein Motor direkt eingeschaltet wird. Der Stromfluss wird über die Schaltkontakte des Tasters oder Schalters kontrolliert. Hierfür kommen häufig Schalter wie zum Beispiel Wipp-, Kipp- oder Drehschalter zur Verwendung, bei denen aus der mechanischen Stellung der Wippe oder des Schalthebels auf den logischen Schaltzustand geschlossen werden kann. Der Bediener stellt dies unmittelbar beim, vor oder nach dem Betätigen über seinen Tastsinn fest.Usually electrical Switches or buttons are used in such a way that their contacts are electrical Component, for example, lighting or a motor switched on directly becomes. The current flow is over controls the switch contacts of the button or switch. Come for this frequently Switches such as rocker, toggle or rotary switches for use, in those from the mechanical position of the rocker or the shift lever the logical switching state can be closed. The operator places this directly on, before, or after actuation Sense of touch.

Mit dem zunehmenden Einsatz von Mikroprozessoren, Bordrechner und Computern werden in Fahrzeugen, in Industrieanlagen oder auch im Haushalt Schaltfunktion jedoch indirekt beeinflusst, indem der Schalter nur noch ein Steuersignal an einen Prozessor liefert und dieser dann die gewünschte Aktion auslöst. Dies führt dazu, dass anstatt Schalter vermehrt Taster eingesetzt werden, da nicht mehr ein Stromfluss hergestellt oder unterbrochen wird, sondern lediglich ein Steuersignal erzeugt werden muss. Dies besitzt den entscheidenden Vorteil, dass ein Taster flexibel eingesetzt werden kann und die Schaltfunktion zusätzlich in Abhängigkeit von bestimmten Zuständen der zu schaltenden Komponente ausgelöst oder beeinflusst werden können. Als Beispiel kann der Einschaltvorgang eines Infrarotsichtgerätes dienen, der nur bei zuvor gekühltem Sensor sinnvoll und möglich ist. Dem Benutzer muss in diesem Fall gemeldet werden, dass die Inbetriebnahme lediglich aufgrund der ungenügenden Kühlung nicht erfolgt, so dass er nicht irrtümlich einen Fehler des Sichtgeräts annimmt.With the increasing use of microprocessors, On-board computers and computers are used in vehicles, in industrial plants or also indirectly affects the switching function in the household, by sending the switch just a control signal to a processor delivers and this then the desired Action triggers. this leads to to the fact that instead of switches, more buttons are used, because no longer a current flow is established or interrupted, but only a control signal has to be generated. This owns the decisive advantage that a button can be used flexibly can and the switching function in addition dependent on of certain states of the component to be switched are triggered or influenced can. The switching on process of an infrared viewer can serve as an example, the only with previously cooled sensor sensible and possible is. In this case, the user must be informed that the Commissioning simply did not take place due to insufficient cooling, so that he's not mistaken an error in the display device accepts.

Nach dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen über den Taster direkt der Schaltvorgang über eine Vibration signalisiert (Abstract JP 2000222968 ) oder das Betätigen des Tasters durch eine Vibration mit einigen Sekunden Dauer (Abstract JP 2000123678 ) angezeigt wird. Die vorliegende Erfindung geht über diesen Stand der Technik hinaus, indem die Vorrichtung eine Steuervorrichtung umfasst, mit der es möglich ist, durch das taktile Signal nicht nur die Schalterbetätigung selbst , sondern einen Zustand der zu schaltenden Komponente zu signalisieren. Hieraus leitet sich ein erheblich erweitertes Anwendungsspektrum und neuartige Verfahren einer taktilen Mensch-Maschine-Schnittstelle ab. Im einfachsten Fall kann über die taktile Rückmeldung die erfolgreiche Auslösung oder Durchführung des Vorgangs erfolgen, der an die Tasterbetätigung gekoppelt ist.According to the prior art, methods are known in which the switching process is signaled directly via a vibration (abstract JP 2000222968 ) or pressing the button by means of a vibration lasting a few seconds (abstract JP 2000123678 ) is shown. The present invention goes beyond this prior art in that the device comprises a control device with which it is possible to use the tactile signal to signal not only the switch actuation itself but also a state of the component to be switched. This results in a considerably expanded range of applications and new methods of a tactile human-machine interface. In the simplest case, the tactile feedback can be used to successfully trigger or carry out the process which is linked to the button actuation.

Darüber hinaus werden vorteilhafte Realisierungen der Bewegungserzeugungsvorrichtungen für die taktile Meldung im Taster offengelegt, die insbesondere eine kompakte Bauweise erlauben und daher für den Einsatz in Fahrzeugen aller Art geeignet sind.They will also be beneficial Realizations of the movement generating devices for the tactile Message disclosed in the button, which in particular a compact design allow and therefore for are suitable for use in all types of vehicles.

Meistens werden mit einem Taster oder Schalter Aktionen ausgelöst, deren Ergebnis oder deren Ablauf vom Bediener unmittelbar wahrgenommen werden wie beispielsweise das Anschalten des Fahrlichts in einem Kraftfahrzeug. Allerdings gibt es auch Situationen, bei denen die Auswirkung der Schaltfunktion nicht direkt wahrnehmbar ist, weil die Steuerfunktion nicht im unmittelbaren Sehbereich des Bedieners liegt. In diesen Fällen erfolgt üblicherweise eine Rückmeldung über eine optische Anzeige, zum Beispiel über ein Display oder eine einfache Kontrollleuchte. Eine solche Anordnung findet man häufig in Fahrzeugen. Ein bekanntes Beispiel ist die Heckscheibenheizung, bei der man nicht unmittelbar, d.h. beim Einschalten erkennen kann, dass Strom durch die Heizdrähte fließt. Der Betriebszustand wird in diesem Fall meist durch eine in den Schalter integrierte Leuchte angezeigt. Alternativ ist auch eine akustische Rückmeldung denkbar. Das Prinzip ist bei Computertastaturen als künstliches "Klicken" Stand der Technik.Mostly with a button or switch actions triggered, the operator immediately perceives the result or the sequence like turning on the headlights in one Motor vehicle. However, there are also situations where the Impact of the switching function is not directly perceptible because the control function is not in the immediate field of vision of the operator lies. In these cases usually takes place a feedback about a visual display, for example via a display or a simple indicator light. Such an arrangement one finds often in vehicles. A well-known example is the rear window heater, where one does not immediately, i.e. can recognize when switched on, that current through the heating wires flows. In this case, the operating state is usually indicated in the Switch integrated lamp displayed. Alternatively, there is also an acoustic one feedback conceivable. The principle of computer keyboards is artificial "Click" state of the art.

Ein Taster besitzt gegenüber einem Wipp-, Kipp- oder Drehschalter den erheblichen ergonomischen Nachteil, dass die Schaltfunktion, die er auslöst, nicht an der mechanischen Stellung und somit nicht über den Tastsinn erkannt werden kann. In diesem Fall ist eine andersartige Rückmeldung wie eine optische Anzeige oder ein akustisches Signal von entscheidender Bedeutung.A button has one Rocker, toggle or rotary switch the considerable ergonomic disadvantage, that the switching function that it triggers is not due to the mechanical Position and therefore not over the sense of touch can be recognized. In this case it is different feedback like a visual indicator or an audible signal of crucial Importance.

Allerdings ist es nicht immer möglich, die Rückmeldung optisch sicher anzuzeigen. In Fahrzeugen kommt es häufig vor, dass die volle visuelle Aufmerksamkeit auf die Verkehrssituation konzentriert werden muss. Diese Situation kann besonders ausgeprägt in Luftfahrzeugen vorkommen, die wie beispielsweise Hubschrauber im Rettungseinsatz oder beim Transport von Lasten in Bodennähe operieren. Auch bei Flugzeugen liegen beispielsweise bei Start und Landung ähnliche Verhältnisse vor. Gleichermaßen kommt es vor, dass in solchen Situationen Aktionen über Schaltfunktionen im Fahrzeug ausgelöst werden müssen. Dies kann in Luftfahrzeugen zum Beispiel vorteilhaft dadurch erfolgen, dass die Schaltfunktion über einen Taster an den primären Steuerorganen ausgeführt werden. Diese Art der Bedienung ist unter den Begriffen ROTAS-Prinzip (Rands On Throttle an Stick) bei Flugzeugen bzw. HOCAS-Prinzip (Rands on Collective and Stick) bei Hubschraubern bekannt.However, feedback is not always possible visually safe to display. It often happens in vehicles that full visual attention to the traffic situation needs to be concentrated. This situation can be particularly pronounced in aircraft occur, such as helicopters in rescue operations or operate when transporting loads near the ground. Even with airplanes there are similar conditions for takeoff and landing, for example in front. equally it happens that in such situations actions via switching functions triggered in the vehicle have to. In aircraft, this can advantageously be done, for example, by that the switching function over a button on the primary Tax organs executed become. This type of operation is under the ROTAS principle (Rands On Throttle on Stick) for aircraft or HOCAS principle (Rands on Collective and Stick) in helicopters.

Auch bei Kraftfahrzeugen werden zunehmend Schaltfunktionen über Taster vorgenommen. Die Situation ist mit der bei Luftfahrzeugen insbesondere mit dem Blick auf das komplexe Verkehrsgeschehen in Städten oder auch bei hohen Geschwindigkeiten zu vergleichen. Erschwert wird in all den genanten Fällen die Situation bei widrigen Sichtverhältnissen (Nebel, Regen, Nacht), besonders beispielsweise bei Luftfahrzeugen, die mit Hilfe von abbildenden Sensoren (z.B. Infrarot oder Restlichtverstärker) geflogen werden. Diese Sehhilfen schränken darüber hinaus das Sehfeld oder den Blick auf die Instrumente im Cockpit ein, weshalb hier der Einsatz eines Tasters mit taktiler Rückmeldung von besonderem Vorteil ist.Motor vehicles are also becoming increasingly popular Switching functions via Button made. The situation is the same with that of aircraft especially with a view to the complex traffic situation in cities or even compare at high speeds. difficult will in all the cases mentioned the situation in adverse visibility conditions (fog, rain, night), especially for example in aircraft that use imaging Sensors (e.g. infrared or residual light amplifier) are flown. This Visual aids also restrict the field of view or the view of the instruments in the cockpit, which is why Here the use of a button with tactile feedback is particularly advantageous is.

Selbst wenn es aufgrund der Fahr- oder Flugsituation möglich wäre, eine optische Rückmeldung der Schaltfunktion zu verwenden, kann es oftmals nicht ausgeschlossen werden, dass aufgrund der Licht- und Beleuchtungsverhältnisse dem Bediener unmöglich ist, ein visuelles Signal zu erkennen. Besonders nachteilig wirken sich Blendungen durch eine tief stehende Sonne oder durch andere starke Lichtquellen aus. Auch eine akustische Rückmeldung kann leicht überhört werden, wenn ein hoher Lärmpegel zum Beispiel durch die Verkehrssituation, durch punktuelle Lärmquellen (z.B. startendes Flugzeug) oder durch interne Geräusche wie eine lautstarke Unterhaltung oder die Musikanlage des Fahrzeugs vorliegen. Eine akustische Rückmeldung besitzt darüber hinaus den weiteren Nachteil, dass sie nicht spezifisch auf eine dezidierte Tastenbetätigung ausgelegt werden kann.Even if due to the driving or flight situation possible would be a visual feedback Using the switching function can often not rule it out be that due to the light and lighting conditions impossible for the operator is to recognize a visual signal. Act particularly disadvantageous glare from a low sun or from others strong light sources. Acoustic feedback can also be easily ignored, when a high noise level for example through the traffic situation, through selective noise sources (e.g. aircraft taking off) or by internal noises such as a loud conversation or the vehicle's music system available. An acoustic feedback owns about it Furthermore, there is the further disadvantage that they are not specific to one dedicated button operation can be.

Hinzu kommt, dass in heutigen Land- und Luftfahrzeugen bereits eine erhebliche Anzahl von optischen Anzeigen vorhanden und notwendig sind, auf die sich der Fahrer oder Pilot konzentrieren muss. Eine taktile Rückmeldung trägt zu einer ergonomischen Mensch-Maschine-Schnittstelle bei und spart Raum für die primär notwendigen Anzeigen.In addition, in today's rural and aircraft already have a significant number of optical Ads exist and are necessary to which the driver or Pilot must concentrate. A tactile feedback contributes to one ergonomic human-machine interface and saves space for the primary necessary ads.

Ein weitere Einsatzbereich eines Tasters mit taktiler Rückmeldung ist die Bedienung einer elektrischen oder elektronischen Komponente, bei der eine optische oder akustische Rückmeldung nicht in Frage kommt, weil jegliches Lichtsignal und akustisches Signal aufgrund des spezifischen Einsatzes vermieden werden muss. Hier kommen hoheitliche Aufgaben der Bundeswehr, des Bundesgrenzschutzes oder der Polizei und hierbei insbesondere der Sondereinsatzkräfte in Frage , bei denen Komponenten wie beispielsweise Kommunikationsgeräte oder Sichthilfen (z.B. Infrarotsichtgeräte oder Restlichtverstärker) zum Einsatz kommen. Schaltfunktionen für diese Komponenten können mit Tastern mit taktiler Rückmeldung vorteilhaft ausgestattet werden.Another area of application of a Buttons with tactile feedback is the operation of an electrical or electronic component, where visual or acoustic feedback is out of the question, because any light signal and acoustic signal due to the specific Use must be avoided. This is where sovereign tasks come the Bundeswehr, the Federal Border Guard or the police, and here especially the special forces in question where components such as communication devices or visual aids (e.g. infrared vision devices or residual light amplifier) are used. Switching functions for these components can be done with Buttons with tactile feedback be advantageously equipped.

Der Einsatz eines Tasters mit taktiler Rückmeldung ist auch dort vorteilhaft, wo die Betätigung einer Schaltfunktion von Blinden ausgeführt werden muss. Diese Situation findet beispielsweise sich bei Geräten bei Einrichtungen wie Kliniken oder im Haushalt oder beim Auslösen von Signalanlagen zum Überqueren von Fahrbahnen.The use of a button with tactile feedback is also advantageous where the actuation of a switching function executed by blind people must become. This situation is found, for example, in devices Facilities such as clinics or in the home or when triggering Signal systems to cross of roadways.

Die Vorrichtung kann dabei nicht nur zur Rückmeldung verwendet werden, sondern ebenfalls als taktiles Warnsignal den Benutzer auf eine kritische Wirkung der Betätigung oder eine Fehlfunktion aufmerksam machen. Ebenso ist es denkbar, mit der taktilen Rückmeldung einen Fehlerzustand oder Fehlfunktion der Komponente, die über den Taster beeinflusst werden sollte, zur Kenntnis zu bringen.The device cannot for feedback only are used, but also as a tactile warning signal Draws attention to a critical effect of the operation or a malfunction do. It is also conceivable with tactile feedback an error condition or malfunction of the component, which over the Pushbuttons should be influenced to bring them to the attention.

Ebenso ist die Möglichkeit gegeben, zum Beispiel eine Vibration als Ersatz oder zur Ergänzung eines geschützten Schalters zu verwenden, wie er zum Beispiel in Cockpits militärischer Flugzeuge eingesetzt wird, um eine versehentliche Fehlbedienung auszuschließen. Zur Zeit werden hier mechanische Schutzkappen oder -bügel verwendet, die zuerst hoch- oder weggeklappt werden müssen. Dieser mechanische Schutz hat den Nachteil, dass die Entsicherung in keinem unmittelbaren zeitlichen oder kausalen Zusammenhang mit dem Auslösen der Funktion steht. Die mechanische Sicherung kann bereits vor längerer Zeit entriegelt worden sein, so dass in einer Situation mit hoher Arbeitslast oder unter Stress dem Bediener nicht mehr unmittelbar bewusst ist, das er mit der Taste eine kritische Aktion auslöst. Bei dieser Anwendung ist das taktile Signal (z.B. eine Schwingung) kontinuierlich in Betrieb, zumindest – gesteuert über einen Prozessor – solange die Bedienung überhaupt möglich oder sinnvoll ist. Das Vibrieren der Taste signalisiert, dass über sie eine kritische Funktion ausgelöst wird. Eine vibrierende Taste wird von einem Benutzer als unangenehm empfunden und bedarf daher eine größeren Überwindung.There is also the possibility, for example a vibration to replace or supplement a protected switch to be used, for example, in military cockpits Aircraft is used to rule out accidental incorrect operation. to Mechanical protection caps or brackets are used here for some time, that have to be folded up or down first. This mechanical protection has the disadvantage that the unlocking in no immediate temporal or causal connection with the triggering of the Function stands. The mechanical fuse can be used a long time ago unlocked so that in a situation with a high workload or under stress the operator is no longer immediately aware that he triggers a critical action with the button. In this application is the tactile signal (e.g. an oscillation) continuously in operation, at least - controlled by one Processor - as long as the operation at all possible or makes sense. The vibration of the button signals that about it triggered a critical function becomes. A vibrating button is considered uncomfortable by a user felt and therefore needs a greater overcoming.

Der Taster mit taktiler Stimulation kann als Einzelvorrichtung oder auch im Zusammenwirken mit und zusätzlich zu konventionellen Arten der Rückmeldung (optisches, akustisches Signal) eingesetzt werden, um sicher zu stellen, dass die Rückmeldung in jeglicher Situation wahrgenommen werden kann. Mehrere derartige Taster können nebeneinander oder übereinander in Tastenfelder angeordnet werden.The button with tactile stimulation can be used as a single device or in cooperation with and in addition to conventional types of feedback (optical, acoustic signal) can be used to safely put that feedback in any situation can be perceived. Several of these Buttons can side by side or on top of each other be arranged in keypads.

Taster gibt es in unterschiedlichen Bauformen und Größen. Für die vorliegende Erfindung spielt die jeweils spezifische Ausführung des Tasters und insbesondere der Mechanismus der Auslösung des elektrischen Kontaktes keine Rolle. Insbesondere ist unerheblich, ob mit dem Taster ein oder mehrere Kontakte ein- oder umgeschaltet werden. Denn erfindungsgemäß wird in den Kopf des Tasters, d.h. den Teil des Tasters , der beim Drücken mit dem Finger berührt wird, eine Vorrichtung eingebaut, die den gesamten Tastenkopf oder zumindest die Berührfläche mechanisch stimulieren kann. Vorzugsweise wird der Tastenkopf oder die Berührfläche dabei in mechanische Schwingungen versetzt. Hierzu kann grundsätzlich jede Vorrichtung zur Verwendung kommen, die in der Lage ist, mechanische Schwingungen zu erzeugen. Nach dem Stand der Technik können hier exzentrisch montierte Kleinstmotoren, wie sie auch als Vibrationsalarm in Mobiltelefonen Verwendung finden, elektrische Spulen mit einem schwingenden Anker oder auch vorzugsweise Piezoelemente verwendet werden. Aufgrund der kompakten Bauweise und insbesondere beim Einsatz von Tastern in Fahrzeugen wie zum Beispiel in den primären Steuerorganen von Luftfahrzeugen ist ein piezoelektrisches Element zur Schwingungserzeugung vorteilhaft. Die Ausführung mit dem piezoelektrischen Element hat darüber hinaus den Vorzug, dass dieses Element weitgehend verschleißfrei arbeitet.Buttons are available in different designs and sizes. For the present invention, the specific design of the button and in particular the mechanism for triggering the electrical contact is irrelevant. In particular, it is irrelevant whether one or more contacts are switched on or over with the button. This is because, according to the invention, a device is built into the head of the button, ie the part of the button that is touched when the finger is pressed, which can mechanically stimulate the entire button head or at least the contact surface. The button head or the contact surface is preferably set in mechanical vibrations. In principle, any device that is capable of generating mechanical vibrations can be used for this purpose. According to the state of the art here eccentrically mounted miniature motors, as they are also used as a vibration alarm in mobile phones, electrical coils with a vibrating armature or, preferably, piezo elements are used. Due to the compact design and particularly when using buttons in vehicles, such as in the primary control elements of aircraft, a piezoelectric element is advantageous for generating vibrations. The version with the piezoelectric element also has the advantage that this element works largely without wear.

Nach dem Stand der Technik können Piezoelemente in vielfältiger Bauweise und applikationsabhängig hergestellt werden. Kleine Bauweisen und großer Hub ist mit einer Stapeltechnik erreichbar, bei der mehrere Schichten eines Piezo-Materials übereinander gestapelt werden, um die Auslenkung des Elements zu vergrößern.According to the prior art, piezo elements in many different ways Construction and application-dependent getting produced. Small design and large stroke is with a stacking technique achievable, in which several layers of a piezo material one above the other stacked to increase the deflection of the element.

Abmessungen von beispielsweise 3 ⨯ 3 ⨯ 5 mm sind Stand der Technik. Daher ist es möglich, ein Piezoelement in den Kopf eines Tasters oder Schalters zu integrieren, so dass dieser Kopf spürbar in Schwingungen versetzt werden kann, wenn das Piezoelement mit einer Wechselspannung angesteuert wird. Durch eine Ansteuerung mit einen entsprechenden Spannungsverlauf kann auch eine einmalige Auslenkung bzw. jede beliebige mechanische Reaktion des Elements erreicht werden.Dimensions of, for example, 3 ⨯ 3 ⨯ 5 mm are state of the art. It is therefore possible to insert a piezo element in to integrate the head of a button or switch so that this Head noticeable can be vibrated if the piezo element with an AC voltage is driven. By activation with a one-time deflection can also provide a corresponding voltage curve or any mechanical reaction of the element can be achieved.

Eine mechanische Integration des Piezoelements in den Tastenkopf kann darüber hinaus so erfolgen, dass über einen Hebeleffekt die Auslenkungsamplitude vergrößert wird. Dadurch wird die taktile Erkennbarkeit verbessert. Denn ein Piezoelektrisches Element erzeugt typischerweise nur geringe Auslenkungen bei vergleichsweise großen Kräften.A mechanical integration of the Piezo elements in the key top can also be made so that a Lever effect the amplitude of the displacement is increased. This will make the tactile detectability improved. Because a piezoelectric element typically produces only minor deflections at comparatively huge Forces.

Eine Ansteuerung des Schwingungselements erfolgt über eine spezielle Ansteuereinheit. Dies erlaubt zusätzlich, das Rückmeldesignal entsprechend den technischen und ergonomischen Anforderungen zu gestalten. Eine einfache Realisierung kann so erfolgen, dass die Ansteuerung durch eine Wechselspannung dann erfolgt, wenn und solange durch den Taster eine Wirkung hervorgerufen wird, die für den Bediener nicht direkt erkennbar ist. Das Erregungssignal kann dabei vorteilhaft über eine geeignete Spannungsquelle und einem elektrischen oder elektronischen Schalter (Relais, Thyristor o.ä.) ausgelöst werden.A control of the vibration element takes place via a special control unit. This additionally allows the feedback signal according to the technical and ergonomic requirements shape. A simple implementation can be done so that the Activation by an AC voltage takes place if and as long as the button has an effect on the operator is not directly recognizable. The excitation signal can advantageously be via a suitable voltage source and an electrical or electronic Switches (relays, thyristors, etc.) are triggered.

Eine separate Ansteuereinheit besitzt darüber hinaus den Vorteil, unterscheidbare taktile Rückmeldungen erzeugen zu können. Dies kann dadurch geschehen, dass Schwingungen verschiedener, deutlich unterscheidbarer Frequenz benutzt werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Schwingungen ein Anschaltmuster bzw. einem bestimmten Tastverhältnis zu überlagern. Die damit erzeugten Schwingungsmuster können taktil leicht differenziert werden. Damit lässt sich mit diesem Verfahren beispielsweise eine Rückmeldung über die ausgelöste Funktion von einem Fehlerzustand der zu schaltenden Komponente problemlos unterscheiden.Has a separate control unit about that also the advantage of being able to generate distinguishable tactile feedback. This can happen by making vibrations different, clear distinguishable frequency can be used. In addition, it is possible to Vibrations overlay a pattern or a certain duty cycle. The vibration patterns generated with this can be differentiated tactilely become. With that leaves This procedure, for example, provides feedback on the triggered function from an error state of the component to be switched without problems differ.

Die Möglichkeit, unterscheidbare taktile Signale erzeugen zu können, kann im Weiteren auch so genutzt werden, um mit nur einem Taster unterschiedliche Wirkungen zu erzielen. Durch den Taster werden zum Beispiel nacheinander unterschiedliche Wirkungen ausgelöst, beim ersten Tastendruck das Einschalten der Komponenten A, beim zweiten das Einschalten der Komponenten B, beim dritten die Komponente C. Vorteilhaft wird ein solches Schaltverfahren zyklisch gestaltet, so dass nach C wieder A geschaltet wird. Ihrer Wirkung entsprechend wird im Taster ein unterscheidbares taktiles Signal generiert, so dass beim Drücken jeweils erkennbar ist, welche Komponente mit dem Tastendruck geschaltet wurde.The possibility of distinguishable to be able to generate tactile signals can also be used with just one button to achieve different effects. Through the button For example, different effects are triggered one after the other when The first press of a button switches components A on, the second switching on components B, the third component C. Such a switching method is advantageously designed cyclically, so that A is switched to C again. According to your effect if a distinguishable tactile signal is generated in the button, so that when pressing which component can be switched with the push of a button can be seen has been.

Beispielsweise kann hier vorteilhaft die Frequenz der Bewegungserzeugungsanordnung verwendet werden, indem eine niedere Frequenz der Schaltvorgang A, eine mittlere Frequenz dem Schaltvorgang B und eine hohe Frequenz dem Schaltvorgang C zugeordnet wird. Des weiteren ist möglich, mit einem kurzen Tastendruck den Schaltzustand auszuwählen, der über das taktile Signal erkannt wird, und mit einem nachfolgenden, längeren Tastendruck die Schaltfunktion selbst auszulösen.For example, can be advantageous here the frequency of the motion generation arrangement can be used by switching a low frequency A, a medium frequency the switching process B and a high frequency assigned to the switching process C. becomes. It is also possible to use a short press to select the switching state, which is via the tactile signal is detected, and with a subsequent, longer button press trigger the switching function yourself.

In einer weiteren Ausprägung kann auch ein Verfahren zur Anwendung kommen, wo automatisch, in zeitlicher Folge unterscheidbare taktile Signale erzeugt werden. Der mit dem Signal zeitgleiche oder direkt nachfolgende Tastendruck wählt in diesem Fall die entsprechende Funktion aus.In a further form can also a procedure can be used where automatic, in time Sequence distinguishable tactile signals are generated. The one with the Signal simultaneously or immediately following key press selects in this Fail the corresponding function.

Wird ein Piezoelektrisches Element als Schwingungserzeuger verwendet, kann dieses Element vorteilhaft gleichzeitig als Sensor für die Tastenbetätigung benutzt werden. Dies ist nach dem Stand der Technik bekannt. Ebenfalls bekannt ist ein Taster mit einem Piezoelement als Sensor, der einen mechanischen Hub besitzt. Ein derartiger Taster ist in DE 297 33 565 beschrieben. Ein Taster mit einem Piezoelement erlaubt eine einfache staub- und flüssigkeitsgeschützte Bauweise, die für Anwendungen in einer rauen Umgebung wie zum Beispiel im Luftfahrzeugbereich oder beim Einsatz im Freien besonders günstig ist.If a piezoelectric element is used as a vibration generator, this element can advantageously be used simultaneously as a sensor for the key actuation. This is known in the prior art. Also known is a button with a piezo element as a sensor, which has a mechanical stroke. Such a button is in DE 297 33 565 described. A push button with a piezo element allows a simple dust and liquid-protected design, which is particularly favorable for applications in a harsh environment such as in the aircraft sector or when used outdoors.

Der Aufbau des Tasters mit taktiler Stimulation unterscheidet sich geringfügig, je nachdem, ob der gesamte Tastenkopf oder nur die Berühroberfläche mechanisch erregt wird.The structure of the button with tactile Stimulation differs slightly depending on whether the whole Key head or only the touch surface mechanically is excited.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es stellt dar:The present invention is described in Following explained with the accompanying drawings. It puts represents:

1 Ein Tastenkopf, in den ein piezoelektrisches Element (13) so integriert ist, dass der gesamte Tastenkopf in vertikale Bewegung versetzt werden kann. 1 A button head into which a piezoelectric element ( 13 ) is integrated in such a way that the entire key head can be set in vertical movement.

2 Ein Tastenkopf, in den ein piezoelektrisches Element so integriert ist, dass die Berührfläche in Bewegung versetzt werden kann. 2 A button head in which a piezoelect element is integrated in such a way that the contact surface can be set in motion.

3 Ein Tastenkopf mit einer integrierter Spule als Bewegungserzeuger 3 A button head with an integrated coil as a movement generator

4 Ein Tastenkopf, in den ein piezoelektrisches Element so integriert ist, dass durch einen integrierte Hebelmechanismus die Bewegung des piezoelektrischen Elements in eine größere Auslenkung der Berührfläche umgesetzt wird. 4 A button head in which a piezoelectric element is integrated so that the movement of the piezoelectric element is converted into a larger deflection of the contact surface by an integrated lever mechanism.

5 Ein elektrischer Taster der beschrieben Art mit einer Steuereinheit zur Erregung der Bewegung des Tastenkopfes oder der Berührfläche. 5 An electrical button of the type described with a control unit for exciting the movement of the button head or the contact surface.

1 zeigt einen Querschnitt durch den Kopf des elektrischen Tasters. Mit 11 ist das Gehäuse des Tasters bezeichnet. In ihm bewegt sich der Tastenkopf, der aus der Berührfläche 12 mit seitlich angebrachten Führungswänden, einem Boden 14 sowie dem piezoelektrischen Element 13 besteht. Wird an das piezoelektrische Element 13 über die Leitungen 15 eine elektrische Spannung gelegt, dehnt es sich in der 1 in vertikaler Richtung aus. Die Bewegungsschlitze 16 sorgen dafür, dass sich das piezoelektrische Element 13 bei der Dilatation und Kontraktion ungestört bewegen kann. Der Tastenkopf insgesamt kann sich nicht frei bewegen, da er über die Bodenplatte 14 mittels eines mechanisches Elements, vorzugsweise einem Federelement in die Ruheposition gezwungen wird. In der vorgeschlagenen Verwendung wird die Bewegung durch das piezoelektrische Element ausgelöst, während die Taste gedrückt wird. In diesem Fall schränkt der Fingerdruck des Bedieners die Bewegung des Tastenkopfes als Ganzes ein. Die Bewegung bedingt durch das piezoelektrische Element weist gegenüber der Bewegung des Tasters einen nur geringfügigen Hub auf, die aufgrund der Elastizität des berührenden Fingers nicht beeinträchtigt wird. Üblicherweise sorgt ein mechanischer Anschlag dafür, dass die Taste sich nicht über den Gehäuseoberrand hinaus bewegen kann. Ein weitere Anschlag begrenzt normalerweise den Tastenhub. Federelement und Anschläge sind nicht bestimmend für die vorliegende Erfindung und daher in der 1 nicht dargestellt. 1 shows a cross section through the head of the electric button. With 11 is the housing of the button. The button head moves out of the contact area 12 with side guide walls, a floor 14 and the piezoelectric element 13 consists. Is attached to the piezoelectric element 13 over the lines 15 an electrical voltage is applied, it expands in the 1 in the vertical direction. The movement slots 16 ensure that the piezoelectric element 13 can move undisturbed during dilation and contraction. The key top as a whole cannot move freely because it is over the base plate 14 is forced into the rest position by means of a mechanical element, preferably a spring element. In the proposed use, the movement is triggered by the piezoelectric element while the button is pressed. In this case, the operator's finger pressure restricts the movement of the key top as a whole. The movement caused by the piezoelectric element has only a slight stroke compared to the movement of the button, which is not impaired due to the elasticity of the touching finger. A mechanical stop usually ensures that the button cannot move beyond the upper edge of the housing. Another stroke usually limits the key travel. Spring element and stops are not determining for the present invention and therefore in the 1 not shown.

Das piezoelektrische Element 13 ist vorteilhaft als Stapelelement mit einer großen Anzahl von piezoelektrischen Schichten ausgeführt, um einen möglichst großen Hub und damit taktile Empfindlichkeit zu erzielen.The piezoelectric element 13 is advantageously designed as a stack element with a large number of piezoelectric layers in order to achieve the greatest possible stroke and thus tactile sensitivity.

2 zeigt den Taster, bei dem ein piezoelektrisches Element 13 so integriert ist, dass nicht der gesamte Tastenkopf, sondern lediglich die Berührfläche 22 bewegt wird. Hier ist die Berührfläche aus einem elastischen Material und geringer Dicke (z.B. Gummi) auszuführen. Die Ausführung besitzt den Vorteil, dass der Tastenkopf geschlossen ist und nicht durch Verschmutzungen beeinträchtigt werden kann. 2 shows the button, in which a piezoelectric element 13 is integrated in such a way that not the entire button head, but only the touch surface 22 is moved. Here the contact surface is to be made of an elastic material and a small thickness (eg rubber). The design has the advantage that the key top is closed and cannot be affected by dirt.

In 3 wird anstatt eine piezoelektrischen Elements ein elektrisch leitende Spule verwendet. Sie besteht aus dem Spulenkörper 31, der mit der Bodenplatte 14 fest verbunden ist. Die Spule 33 umgibt dabei eine zylindrische Durchgangsöffnung. Im Inneren der Durchgangsöffnung ist ein zylindrischer Permanentmagnet oder ein Zylinder aus zumindest teilweise ferromagnetischen Materials 32 vorgesehen, der an der Innenseite der Berührfläche 22 anliegt. Dadurch überträgt sich eine Bewegung des Zylinders 32 auf die Berührfläche 22. Um einerseits eine Bewegung des Zylinders 32 zu erlauben, andererseits für genügend Anpressdruck an die Berührfläche 22 zu sorgen, wird der Zylinder über eine Federelement 34 an die Berührfläche gedrückt. Das Federelement 34 kann hierbei aus einer Druckfeder bestehen. Aufgrund der nur geringen mechanischen Auslenkung des Zylinders 32 ist ebenso anstatt einer Feder ein elastisches Material möglich. Die elektrisch leitende Spule ist so auszuführen, dass bei einem Stromfluss durch den Spulendraht 33 eine Auslenkung des Zylinders 32 derart erfolgt, dass der Zylinder 32 eine Kraft auf die Berührfläche 22 ausübt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Zylinder 32 aus einem Permanentmagneten besteht , oder durch eine geometrische Anordnung des ferromagnetischen Materials gegenüber den Spulendrähten.In 3 an electrically conductive coil is used instead of a piezoelectric element. It consists of the bobbin 31 with the bottom plate 14 is firmly connected. The sink 33 surrounds a cylindrical through opening. Inside the through opening is a cylindrical permanent magnet or a cylinder made of at least partially ferromagnetic material 32 provided on the inside of the contact surface 22 is applied. This transfers a movement of the cylinder 32 on the touch surface 22 , On the one hand a movement of the cylinder 32 to allow, on the other hand, for sufficient contact pressure on the contact surface 22 to worry, the cylinder has a spring element 34 pressed against the touch surface. The spring element 34 can consist of a compression spring. Due to the small mechanical deflection of the cylinder 32 an elastic material is also possible instead of a spring. The electrically conductive coil must be designed so that when there is a current flowing through the coil wire 33 deflection of the cylinder 32 is done in such a way that the cylinder 32 a force on the touch surface 22 exercises. This can be achieved by using the cylinder 32 consists of a permanent magnet, or by a geometric arrangement of the ferromagnetic material relative to the coil wires.

4 zeigt das Prinzip eines Tasters, dessen Berührfläche ebenfalls durch ein piezoelektrisches Element in Bewegung versetzt werden kann. Im Gegensatz zur Anordnung der 2 wird die Kraft nicht direkt, sondern über ein Hebelelement 42 auf die Berührfläche 22 übertragen. Das Hebelelement 42 ist im Drehpunkt 43 drehend gelagert. Das piezoelektrische Element wird so angeordnet, dass seine Bewegung parallel zur Berührfläche, d.h. in der 4 horizontal erfolgt. Über ggf. ein Verlängerungsstück 44 wird die Bewegung des piezoelektrischen Elements auf den kürzeren Hebelarm des Hebelements 42 übertragen, das seinerseits die Kraft auf die Berührfläche weitergibt. Dem Verhältnis der verschieden langen Hebelarme des Hebelelements 42 entsprechend wird die ursprüngliche Auslenkung des piezoelektrischen Elements an der Stelle, an der die Übertragung der Bewegung auf die Berührfläche des Tasters erfolgt, vergrößert, wodurch eine bessere taktile Erkennbarkeit erzielt wird. Die mit der Übersetzung des Hebels verbundene Reduzierung der Kraftwirkung ist für die Verwendung in einem Taster, bei dem nur geringe Kräfte notwendig sind, akzeptabel. 4 shows the principle of a button, the contact surface can also be set in motion by a piezoelectric element. Contrary to the arrangement of the 2 the force is not direct, but via a lever element 42 on the touch surface 22 transfer. The lever element 42 is at the pivot 43 pivoted. The piezoelectric element is arranged so that its movement is parallel to the contact surface, ie in the 4 done horizontally. Via an extension piece if necessary 44 the movement of the piezoelectric element on the shorter lever arm of the lever element 42 transferred, which in turn transfers the force to the contact surface. The ratio of the lever arms of different lengths of the lever element 42 the original deflection of the piezoelectric element is correspondingly increased at the point at which the movement is transmitted to the contact surface of the button, as a result of which better tactile recognizability is achieved. The reduction in the force effect associated with the translation of the lever is acceptable for use in a push button that requires only low forces.

5 zeigt den Tasters 51 mit taktiler Stimulationsmöglichkeit zusammen mit der Steuereinheit 54. Taster 51 und Steuereinheit 54 sind über Leitungen 52 und 53 verbunden. Die Leitungen 52 bezeichnen die Schaltleitungen des Tasters. Sie liefern die Schaltsignale an die Steuereinheit 54. Die Ansteuerung der Bewegungserzeugungsanordnung im Taster 51 geschieht über die separaten Leitungen 53. Die Steuereinheit selbst ist mit der zu schaltenden Komponente verbunden oder auch Teil dieser Komponente. 5 shows the button 51 with tactile stimulation option together with the control unit 54 , button 51 and control unit 54 are over lines 52 and 53 connected. The lines 52 denote the switch lines of the button. They deliver the switching signals to the control unit 54 , The control of the movement generation arrangement in the button 51 happens over the separate lines 53 , The control unit itself is connected to the component to be switched or is also part of this component.

Claims

Device with an electrical button connected to an arrangement for generating a tactile, mechanical movement of the contact surface of the button, a control unit and a unit to be influenced by the button, characterized in that, depending on the state of the unit to be influenced, independently or depending on a control unit a movement that can be felt on the contact surface of the button can be generated by the actuation of the button.

Device according to claim 1, characterized in that the Motion generation arrangement is integrated directly into the button.

Device according to the preceding claims, characterized in that the entire button head through the motion generation arrangement can be set in motion.

Device according to the claims 1 and 2, characterized in that the only touch surface of the button can be set in motion by the motion generation arrangement can.

Device according to the preceding claims, characterized in that the movement is a periodic movement, especially a harmonic one Is vibration.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the harmonic movement by a second periodic vibration less Frequency is modulated.

Device according to the preceding claims, characterized in that the control unit is dependent the status of the unit to be influenced is limited in time Movement of the movement generating arrangement immediately after the actuation of the Tasters evokes.

Device according to the claims 1 to 6, characterized in that the control unit via the Distinctive stimuli are generated.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the distinguishable stimuli are triggered by pressing a button.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the generated stimuli in the control unit to distinguish an input via the button be evaluated.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the Input signal is generated by releasing the button.

Device according to the claims 8 to 11, characterized in that as distinguishable stimuli Vibration pulses are generated.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the motion generation arrangement by a Electric motor related the rotational axis asymmetrically distributed rotating mass is realized.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the motion generation arrangement is by an electrically conductive coil with one in the longitudinal direction of the coil movable core is realized.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the motion generation arrangement by a piezoelectric Element is realized.

Apparatus according to claim 15, characterized in that the force caused by the movement generating arrangement over a Lever element translated becomes.

Apparatus according to claim 14 or 15 in connection with claims 1 to 12, characterized in that the electrically conductive coil or piezoelectric element also serves as a sensor by the induced by mechanical actuation Voltage in the coil or in the piezoelectric element in the Control unit is evaluated and used as an input signal.

Apparatus according to claim 13 in conjunction with claims 1 to 12, characterized in that the control device for driving the motion generation arrangement to this a direct current or outputs pulsating direct current.

Apparatus according to claim 14 or 15 in connection with claims 1 to 12, characterized in that the control device for driving an alternating current, preferably to the movement generating arrangement a pulsating rectangular one or sinusoidal Outputs alternating current.

Apparatus according to claim 18, characterized in that the Pulse duration of the direct current can be changed is.

Apparatus according to claim 19, characterized in that the Amplitude and / or the frequency of the periodic movement can be changed is.

Device according to one of the preceding Claims, characterized in that the button is arranged next to one another, one above the other or in another geometric arrangement in a keypad.

Procedure for an electrical push button connected to influence a unit with an arrangement for generating a tactile, mechanical movement the contact surface of the Push button, characterized in that depending on a state of unit to be influenced independently or dependent from the actuation of the button on the touch surface of the Tactile Motion can be generated.

A method according to claim 23, characterized in that the palpable Movement a successful action of the unit to be influenced is reported.

A method according to claim 23, characterized in that the palpable Movement an error state of the unit to be influenced is reported becomes.

Process according to the claims 23 to 25, characterized in that immediately after the key is pressed and depending a time-limited movement of the unit to be influenced is produced.

A method according to claim 23, characterized in that distinguishable mechanical movements are generated.

A method according to claim 27, characterized in that the distinguishable mechanical movements are triggered by pressing a button.

Method according to claim 27 and 28, characterized in that the distinguishable mechanical movements to differentiate an entry about the button can be evaluated.

A method according to claim 29, characterized in that the Evaluation is triggered by releasing the button.

A method according to claim 27, characterized in that at each time a button is pressed a different effect is achieved and one effect corresponding, distinguishable movement is generated.

A method according to claim 31, characterized in that the Effects with the push of a button be cyclically switched through.