CN103282988A - 开关操作面板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其用于机动车的开关操作面板(1)，其带有用于借助于元件(11)手动作用的操纵面(3)，其中，元件(11)尤其是人手的手指。开关操作面板(1)具有与操纵面(3)这样共同作用的传感器，使得传感器在元件(11)接近操纵面(3)时和/或在借助于元件(11)接触操纵面(3)时和/或在借助于元件(11)压力作用到操纵面(3)上时产生信号，其中，该信号以开关信号的形式用于接通和/或触发功能。操纵面(3)形成基本上封闭的表面。

Description

开关操作面板
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的开关操作面板(Schaltbedienfeld)。
背景技术
这样的开关操作面板可具有一个还或多个用于手动操纵的开关元件。该开关操作面板尤其可被应用在机动车中。
这样的开关操作面板具有用于由使用者借助于元件手动作用的操纵面。尤其地，该元件可以是人手的手指，借助于其实现开关操作面板的开关元件的操纵。在此，该操纵面与传感器这样共同作用，使得传感器在元件接近操纵面时和/或在借助于该元件接触操纵面时和/或在借助于元件压力作用到操纵面上时产生信号。该信号以开关信号的形式用于接通和/或触发与开关操作面板中相应的开关元件相关联的功能。
以传统的方式使用电开关、速动盘(Schnappscheibe)等作为传感器。在此涉及可直接移动的开关元件。其使在操纵面与传感器之间的机械接触必需，这例如又导致磨损。此外，需要相应的可移动的操纵机构(其从开关操作面板的表面伸出)来操纵开关元件，从而存在有害物质在操纵机构处侵入开关操作面板中的风险。此外，这些传统的开关元件成本高昂并且在其功能性上受限制。
发明内容
本发明目的在于这样改进开关操作面板，使得有害物质侵入的风险减小且由此运行安全性提高。优选地，该开关操作面板应在没有机械接触的有效连接方面进行改进。进一步优选地，该开关操作面板应在成本有利的传感技术方面进行改进。还进一步优选地，该开关操作面板应在扩展的功能性方面进行改进。
尤其也还应满足以下功能。应实现在没有在构件之间的机械接触的情况下在没有可直接移动的开关元件(例如电开关、速动盘等)的操作面板中的压力检测。灵敏性和/或行程变化应可调整。应主要在操纵的数量方面来获得操作面板的使用寿命的提高。应使在操纵方向(Z方向)上各个构件的加工公差的影响最小。此外应实现简单的装配。
尤其地，应实现在没有传统的开关元件(如开关、速动盘等)的操作面板中的传感技术、即压力检测。
尤其应在带有和/或不带可照明的区域的操作面板中实现近似识别(Naeherungserkennung)。
在这种类型的开关操作面板中，该目的通过权利要求1的特征部分的特征来实现。
在根据本发明的开关操作面板中，操纵面形成基本上封闭的表面。通过使用仅仅与操纵面共同作用的传感器，可取消可直接移动的开关元件。有利地，防止有害物质在封闭的表面处侵入，从而提高了开关操作面板的功能安全性。本发明的另外的设计方案是从属权利要求的内容。
在一实施方案中，传感器由霍尔传感器构成，其中，磁化的元件可与操纵面处于有效连接中，这样使得磁化的元件可与操纵面的运动相对应地移动。在磁化的元件运动时在霍尔传感器处的磁场变化可被评估以产生信号。由此提供一种借助于霍尔传感器检测压力以操纵开关操作面板的方案。
适宜地，开关操作面板具有用于容纳操纵面的壳体，从而开关操作面板可作为单独的、可预装配的构件来制造。该开关操作面板那么可以以简单的方式装配在机动车中。该壳体可设计成使得操纵面表示位于壳体的一侧处的结束并且由此在壳体处形成基本上封闭的表面。
在一适宜的且紧凑的设计方案中，操纵面包括遮光板(Blende)、必要时遮光板支架以及承载件(Traegerteil)。以简单的方式提供，在操纵面上布置有操纵器，其中，操纵器可位于承载件处，并且其中，适宜地，磁化的元件可布置在操纵器的背对操纵面的侧面上。此外，霍尔传感器可以以简单的方式布置在位于壳体中的电路板上。
在另一实施方案中，通过传感器由应变片(Dehnungsmessstreifen)(DMS)构成，在没有传统的开关元件(例如关、速动盘等)的操作面板中实现传感技术、即压力检测。由此实现在操作面板中使用DMS(应变片)作为传感器。该传感器可这样与操纵面处于有效连接中，使得元件到操纵面上的作用引起应变片的变形。由在应变片中的变形所引起的电阻变化那么可被评估以产生信号。
在紧凑的且功能可靠的设计方案中，应变片可固定在弹性元件处，这样使得弹性元件连同应变片通过压力作用到操纵面上被变形。对此，应变片可以以简单的方式粘贴在弹性元件处。为了简单的装配的目的，弹性元件可作为弹簧弹性的区域位于空心体件(Hohlkoerperteil)处。
此外，在操纵面处可以以紧凑的方式布置有操纵器，这样使得到操纵面上的作用借助于操纵器被传递到弹性元件上。该作用尤其可被传递到空心体件的弹性的区域上。此外，空心体件可以以简单的方式布置在位于壳体中的电路板上。
在又一实施方案中，传感器具有导电的薄膜。导电的薄膜可布置在操纵面中和/或在其处，这样使得通过施加电压可在操纵面的区域中产生电场。通过元件作用到操纵面上所引起的电场变化、尤其其电容变化可被评估以产生信号。由此提供一种例如用于其近似识别的开关操作面板的操作的电容检测。
在一种扩大开关操作面板的功能性的设计方案中，操纵面可具有以开关元件的形式的至少两个区域。导电的薄膜同样可具有彼此电绝缘的至少两个传导区域。优选地，导电的薄膜那么布置成使得在操纵面处的每个区域关联有传导区域。借助于这样的设计方案，可以以简单的方式探测哪个开关元件被使用者操纵。
在另一设计方案中，在壳体中存在可适宜地布置在电路板上以照亮操纵面的发光二极管。以紧凑的方式在壳体中可布置有用于支撑电路板的反射器。为了光的有效的且损失少的传导，光导体可从发光二极管引导至操纵面。
操纵面又可包括遮光板、必要时遮光板支架以及承载件。以简单的方式，导电的薄膜可通过置入遮光板支架与承载件之间、通过粘贴在遮光板支架处、通过借助于遮光板支架在周围注塑(Umspritzen)和/或在后面注塑(Hinterspritzen)等来固定。以装配友好的且功能可靠的方式，导电的薄膜可借助于插头、插座等在电路板上电接触。
在另一设计方案中，导电的薄膜对于在对于人眼可见的范围中或在其它适宜的范围中、例如在红外线范围中的光基本上透明。适宜地，遮光板支架那么同样对于可见光或其它光基本上透明。为了避免散射、损失等，承载件对于可见光或其它光可以是基本上不可透过的。
对于根据本发明的开关操作面板的特别优选的设计方案可确定以下。
为了实现所提及目的，应用霍尔传感器、例如单维的霍尔传感器(1D传感器)或三维的霍尔传感器(3D传感器)。其可被直接定位在电路板上或在其它构件上。在传感器上放置磁化的介质、例如磁体。在例如通过由操作者操纵操纵面产生行程变化时，在磁体与传感器之间的间距改变。该行程变化被电子地评估为操纵。
应变片(DMS)在操作面板中被固定在弹性的元件上。在由操作者操纵操作表面时弹性的元件被变形并且因此还有DMS。在此产生的DMS的电阻变化可被评估。
对开关元件的电容设计借助于导电的透明的薄膜实现。薄膜的固定和/或装配通过粘贴、置入、注塑包封在工具中等实现。借助插头和/或插座和/或其它任意的接触部来接触到电路板上。
总地来说，借助于导电的透明薄膜提供一种用于开关操作面板的操纵的电容检测的方案。开关操作面板为电容检测提供最大可能的面积，其中，薄膜可在可照明的区域中、亦即带有或不带显示器地被直接安置在操作表面之下。以该方式实现操作者、例如其手指的最可能的电容检测和最大可能的照明。此外，该解决方案要求尽可能少的结构空间。
利用本发明所获得的优点尤其在于，提供可靠地检测最小的行程变化(亦即在0.01mm之下)的可能性。由此，有利地实现带有“零行程”的操作面板。此外，灵敏性可调整。由于在构件之间没有机械接触，极大地使在对开关操作面板的操纵方向(Z方向)上的公差影响最小。此外，不出现机械磨损。最后，霍尔传感器的SMD配备也是可能的，由此开关操作面板也是成本特别有利的。
此外利用本发明所获得的优点尤其在于，提供一种在没有传统的带有行程的开关元件的情况下实现传感技术的可能性。有利地，获得带有“零行程”且在需要时也带有“零力”的操作面板。此外，在操作面板中节省了结构空间。最后，配备有应变片的开关操作面板也是成本特别有利的。
还另外利用本发明所获得的优点尤其在于，直接在可照明的区域中以最小的结构空间实现操作者、尤其其手指的最好可能的电容检测。最后，配备有导电的薄膜的开关操作面板也是成本特别有利的并且此外在操作面板中节省了结构空间。
附图说明
带有不同改进方案和设计方案的本发明的实施例在附图中示出并且接下来来详细说明。其中：
图1以透视图显示了用于机动车的开关操作面板，
图2以分解图显示了图1中的操作面板，
图3以分解图显示了图2中的操作面板的操纵面，
图4显示了在显示器的区域中通过图1中的操作面板的剖面，
图5显示了在符号的区域中通过图1中的操作面板的剖面，
图6显示了通过操作面板的剖面，其中示出传导膜的接触，
图7显示了在霍尔传感器的区域中通过图1中的操作面板的剖面，
图8显示了如在图7中的剖面，其中示出霍尔传感器的操纵，
图9以示出原理的分解图显示了带有作为传感器的应变片的操作面板，
图10显示了图9中的传感器的工作原理以及该传感器的截面图以及
图11显示了在产生触感和/或声响的元件的区域中通过图1中的操作面板的剖面。
具体实施方式
在图1中可看见带有操纵面3的用于机动车的开关操作面板1，在其处布置有以开关元件的形式用于触发和/或操作机动车中不同功能的各个区域2。例如，操作面板1可以是用于操纵机动车中的空调的操作面板，其中，借助于开关元件2通过使用者可调整机动车中的温度、通风、挡风玻璃风扇等。在操纵面3处，对于开关元件2设置有用于示出可借助于开关元件2触发的功能的功能符号9以及用于示出相应功能的状态(接通/断开)的功能指示器10，其中，功能符号9以及功能指示器10可发光。
操作面板1具有壳体4，操纵面3位于其上侧上。如可从图1中得出的那样，操纵面3具有基本上封闭的表面，由此很大程度上保护操作面板1免于有害的外部影响。开关元件2可由此来操纵，即使用者借助于元件11手动地作用到操纵面3的相应区域2上。元件11尤其是使用者的手的指头。
如在图2中可见，在壳体4中存在电路板5，电气的/电子的构件6、例如用于操纵面3的照明的发光二极管布置在其上。操纵面3又布置在位于壳体4中的、用作对电路板5的支撑的反射器26上。光导体37从发光二极管6引导至功能符号9且光导体38引导至在操纵面3处的功能指示器10，如在图5中可见，这样使得由发光二极管6发出的光被引导用于功能符号9和/或功能指示器10的照明。根据图3另外识别出，操纵面3由遮光板24(其是对于使用者的真正的操作表面)、遮光板支架25以及另一承载件39构成。
借助于传感器来探测手指11手动地作用到操纵面3上。对此，在操纵面3中和/或在其处布置有导电的薄膜12，借助于其借助施加电压在操纵面3的区域中产生电场。操纵面3与传感器12这样共同作用，使得传感器12在元件11接近操纵面3时产生信号(通过评估由于手指11的接近电场的变化、尤其电容变化)。
如另外从图3中得出的那样，薄膜12具有各个彼此电绝缘的传导区域13。薄膜12布置成使得在操纵面3处的每个区域2关联有这样的传导区域13。通过对于单个传导区域13评估电场的变化，此外可探测出借助于手指11接触操纵面3，亦即根据相应的传导区域13探测相应的开关元件2的接触。操纵面3与传感器13这样共同作用，使得传感器13在借助于元件11接触操纵面3的相应的区域2时通过评估由于手指11的接触对于传导区域13的电场的变化、尤其电容变化而产生信号。
根据图3识别出，导电的薄膜12通过置入遮光板支架25与承载件39之间固定在壳体4中。当然，导电的薄膜12也可通过粘贴在遮光板支架25处、通过导电的薄膜12借助于遮光板支架25在周围注塑和/或在后面注塑等来固定，然而这未进一步示出。遮光板24至少在可见区域中或在操作表面处由导电性差的或不导电的材料构成。导电的薄膜12借助于连接件15经由插座50、插头或其它适宜地选择的接触连接部在电路板5上电接触，如在图6中所见。在需要时，操作面板1可具有在图4中所示的显示器52。
导电的薄膜12对于在对于人眼可见的范围中的光基本上透明，以确保功能符号9和/或功能指示器10的良好的照明。同样，遮光板支架25对于可见光基本上透明。而承载件39对于可见光基本上不可透过，以防止散射到在遮光板24处不待照亮的区域中。如有必要，导电的薄膜12和/或遮光板支架25也可对于其它辐射、例如对于红外辐射可透过。
如另外可根据图2识别出的那样，磁化的元件14与操纵面3处于有效连接中。为此，根据图7，磁体14在操纵面3的面对壳体4的内部的侧面上布置在用作支架47的操纵器处，其中，操纵器47又是承载件39的组成部分。磁体14关联有霍尔传感器15，其位于壳体4中的电路板5上。在借助于手指11压力作用到操纵面3上时，操纵面3略微弯曲，从而使磁体14相应地运动，对此承载件39借助于弹性轴承53布置在反射器26处。磁体14的该在图8中利用箭头54示出的运动(相应于操纵面3的运动)借助于霍尔传感器15来探测。由此，操纵面3与传感器15这样共同作用，使得传感器15在借助于元件11压力作用到操纵面3上时产生信号(通过评估由于磁体14而产生的磁场变化)。
在图3中所示的操纵面3或承载件39配备有磁体14，根据设计对应于开关元件2的数量来选择磁体14的数量。备选地，操纵面3也可本身磁性地来构造。根据图8得到开关元件2的功能。通过由操作者操纵操纵面3的表面而得到的行程变化借助于评估电子装置来检测并且被评估为操纵。由此，霍尔传感器15用于对操纵面3的压力检测。该系统的优点在于：
- 霍尔传感器15的SMD配备是可能的。
- 可靠地来检测操纵面3的最小行程变化(小于0.01mm)。带有“零行程”的操作面板1是可能的。灵敏性可调整。
- 由于在构件之间没有机械的接触，极大地减小了在Z方向(操纵方向)上的公差的影响。
- 没有机械磨损。
补充地或者代替霍尔传感器15，也可使用应变片55作为传感器，操纵面3的弯曲以变形的方式作用到其上，如在图9中可见。应变片55又与操纵面3处于有效连接，这样使得元件11到操纵面3上的作用引起应变片55的变形。应变片55的该变形引起其电阻的变化。电阻的变化然后又被评估用于产生信号。
如在图10中可见，在操纵面3上布置有操纵器56。如果现在借助于元件11将力57施加到操纵面3上，则到操纵面3上的该作用借助于操纵器56被传递到弹性元件58上。应变片55固定在弹性元件58处、例如粘贴在弹性元件58处。由于压力57的作用，因此使弹性元件58连同应变片55相应地变形。
如另外根据图10识别出的那样，弹性元件58作为弹簧弹性的区域位于空心体件59处。应变片55在空心体件59的内部中安装在弹性的区域58处并且由此被保护免于有害影响。即借助于操纵器56将压力57传递到空心体件59的弹性的区域58上并且从弹性的区域58又传递到应变片55上。空心体件59最终布置在位于壳体4中的电路板5上。
由传感器12、13、15、55所产生的信号可相应地来评估并且然后以开关信号的形式用于接通和/或触发机动车中的相应的功能。由传感器12、13、15、55所产生的信号中的至少一个和/或由于由传感器12、13、15、55所产生的信号的评估而另外的信号此外可促使产生对于开关操作面板1的触感和/或声响。为此设置有产生触感和/或声响的元件7(见图11)，其与操纵面3处于有效连接中。相应的信号现在可操控促动器8以操纵产生触感和/或声响的元件7。
如在图11中可见，促动器8是电磁体。电磁体8具有线圈16以及在线圈16中可移动地支承的、以弹簧48加载的电枢17。如果现在操控促动器8，则实现电磁体8的线圈16的相应的通电，由此又使电磁体8的电枢17运动。运动的电枢17在此撞击到板簧式地设计的产生触感和/或声响的元件7上。由于撞击，一方面由产生触感和/或声响的元件7产生以咔嗒的形式的声响，其向使用者表示开关元件2的接通。另一方面，电枢17的撞击运动由产生触感和/或声响的元件7经由布置在操纵面3的内侧处的推杆18被传递到操纵面3上，这又被使用者的手指11作为对开关元件2的接通的触感反馈感觉到。
本发明不限于所说明和示出的实施例。而其还包括所有在由权利要求所限定的发明的范围中的专业的改进方案。根据本发明的开关操作面板由此不仅可应用在用于机动车的操作面板中，而且可应用在家用电器、音频设备、视频设备、通讯设备等的操作面板中。
附图标记清单
1 开关操作面板/操作面板
2 区域/开关元件
3 操纵面
4 壳体
5 电路板
6 电气的/电子的构件/发光二极管
7 产生触感和/或声响的元件
8 促动器/电磁体/起重磁体(Hubmagnet)
9 功能符号
10 功能指示器 
11 元件/手指
12 (导电的)薄膜/传感器
13 传导区域/传感器
14 磁体/磁化的元件
15 霍尔传感器/传感器
16 (电磁体的)线圈
17 (电磁体的)电枢
18 推杆
24 遮光板
25 遮光板支架
26 反射器
37 (用于功能符号的)光导体
38 (用于功能指示器的)光导体
39 承载件
47 支架/操纵器
48 弹簧
50 插座
51 连接件
52 显示器
53 (弹性的)轴承
54 箭头
55 应变片/传感器
56 操纵器
57 力/压力
58 弹性元件/弹性的区域
59 空心体件。

Claims (12)

1. 一种尤其用于机动车的开关操作面板，其带有用于借助于元件(11)手动作用的操纵面(3)，其中，所述元件(11)尤其是人手的手指；带有与所述操纵面(3)这样共同作用的传感器，使得所述传感器在所述元件(11)接近所述操纵面(3)时和/或在借助于所述元件(11)接触所述操纵面(3)时和/或在借助于所述元件(11)压力作用到所述操纵面(3)上时产生信号，并且所述信号以开关信号的形式用于接通和/或触发功能，其特征在于，所述操纵面(3)形成基本上封闭的表面。
2. 根据权利要求1所述的开关操作面板，其特征在于，所述传感器由霍尔传感器(15)构成，优选地，磁化的元件(14)与所述操纵面(3)处于有效连接中，这样使得磁化的所述元件(14)能够与所述操纵面(3)的运动相对应地移动，进一步优选地，在磁化的所述元件(14)运动时来评估在所述霍尔传感器(15)处的磁场的变化以产生信号。
3. 根据权利要求1或2所述的开关操作面板，其特征在于，所述开关操作面板(1)具有用于容纳所述操纵面(3)的壳体(4)，尤其这样使得所述操纵面(3)在所述壳体(4)处形成基本上封闭的表面，优选地，所述操纵面(3)包括遮光板(24)、必要时遮光板支架(25)以及承载件(39)，并且进一步优选地，所述霍尔传感器(15)布置在位于所述壳体(4)中的电路板(5)上。
4. 根据权利要求1、2或3所述的开关操作面板，其特征在于，在所述操纵面(3)处布置有操纵器(47)，优选地，所述操纵器(47)位于所述承载件(39)处，并且进一步优选地，磁化的所述元件(14)布置在所述操纵器(47)的背对所述操纵面(3)的侧面上。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的开关元件，其特征在于，所述传感器由应变片(55)构成，优选地，所述传感器(55)这样与所述操纵面(3)处于有效连接中，使得所述元件(11)到所述操纵面(3)上的作用引起所述应变片(55)的变形，并且进一步优选地，由在所述应变片(55)中的变形引起的电阻变化被评估以产生信号。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的开关元件，其特征在于，所述应变片(55)固定在弹性元件(58)处、尤其粘贴在所述弹性元件(58)处，这样使得所述弹性元件(58)连同所述应变片(55)通过到所述操纵面(3)上的作用被变形，并且优选地，所述弹性元件(58)作为弹簧弹性的区域位于空心体件(59)处。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的开关操作面板，其特征在于，所述开关操作面板(1)具有用于容纳所述操纵面(3)的壳体(4)，尤其这样使得所述操纵面(3)在所述壳体(4)处形成基本上封闭的表面，优选地，在所述操纵面(3)处布置有操纵器(56)，这样使得到所述操纵面(3)上的作用借助于所述操纵器(56)被传递到所述弹性元件(58)上、尤其到所述空心体件(59)的弹性的区域(58)上，并且进一步优选地，所述空心体件(59)布置在位于所述壳体(4)中的电路板(5)上。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的开关操作面板，其特征在于，所述传感器具有导电的薄膜(12)，优选地，导电的所述薄膜(12)布置在所述操纵面(3)中和/或在其处，这样使得通过施加电压能够在所述操纵面(3)的区域中产生电场，进一步优选地，通过所述元件(11)作用到所述操纵面(3)上所引起的电场变化、尤其其电容变化被评估以产生信号。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的开关操作面板，其特征在于，所述操纵面(3)具有以开关元件的形式的至少两个区域(2)，优选地导电的所述薄膜(12)具有彼此电绝缘的至少两个传导区域(13)，进一步优选地，导电的所述薄膜(12)这样布置成使得在所述操纵面(3)处的每个区域(2)关联有传导区域(13)。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的开关操作面板，其特征在于，所述开关操作面板(1)具有用于容纳所述操纵面(3)的壳体(4)，尤其这样使得所述操纵面(3)在所述壳体(4)处形成基本上封闭的表面，优选地，在所述壳体(4)中存在尤其布置在电路板(5)上的发光二极管(6)用于照亮所述操纵面(3)，进一步优选地，在所述壳体中布置有用于支撑所述电路板(5)的反射器(26)，并且还进一步优选地，光导体(37,38)从所述发光二极管(6)引导至所述操纵面(3)。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的开关操作面板，其特征在于，所述操纵面(3)包括遮光板(24)、必要时遮光板支架(25)以及承载件(39)，优选地，导电的所述薄膜(12)通过置入所述遮光板支架(25)与所述承载件(39)之间、通过粘贴在所述遮光板支架(25)处、通过借助于所述遮光板支架(25)在周围注塑和/或在后面注塑等来固定，并且进一步优选地，导电的所述薄膜(12)借助于插头、插座(50)等在所述电路板(5)上电接触。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的开关操作面板，其特征在于，导电的所述薄膜(12)对于在对于人眼可见的范围中的光基本上透明，优选地，所述遮光板支架(25)对于可见光基本上透明，并且进一步优选地，所述承载件(3)对于可见光基本上不可透过。
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