CN106537292A - 用于电器设备的操作单元 - Google Patents
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Abstract
一种用于电器设备、尤其机动车组件、例如加热设备、通风设备和/或空调设备的操作单元(10)，其设有在操纵方向(28)中可轻压的操作元件(16)、和与操作元件(16)机械联接的支撑元件(24)，在其处操作元件(16)在操纵方向(28)中可弹性运动地得到支撑。此外，操作单元(10)具有用于检测操作元件(16)的轻压运动和/或用于检测传递到操作元件(16)上的力的传感器(30)、用于支撑元件(24)和耦合的操作元件(16)运动的执行器(36)以及与传感器(30)和执行器(36)相连的、用于在由传感器(30)检测操作元件(16)的轻压运动和/或力作用到操作元件(16)上时操控执行器(36)的评估和操控单元(34)。支撑元件(24)可由执行器(36)沿至少一个横向于操作元件(16)的操纵方向(28)延伸的运动方向(38)运动。
Description
与之相关的专利申请
本专利申请要求2014年7月22日的德国专利申请10 2014 214 262.8的优先权，其内容在此通过引用的方式并入本申请之中。
技术领域
本发明涉及一种用于电器设备的操作单元，该电器设备尤其是机动车组件、例如加热设备、通风设备和/或空调设备。
背景技术
尤其在用于机动车组件的操作单元中实现了越来越多的操作方案，在这些操作方案中为了操纵仅需要轻压操作元件一段相对短的距离。为告知操纵操作元件的人，其是符合规定地操纵操作元件，以操作元件强迫振动运动的形式实现触觉反馈。这种操作元件也称作力传感/力反馈-系统，因为该操作元件一方面操纵力或者超过最小操纵力并且另一方面通过力传递到操作元件上产生该操作元件的反馈。
例如在文献DE-A-10 2011 106 051、文献DE-A-10 2008 058 568和文献DE-A-102011 082 143中说明了这种系统。
在实施这种系统时的一定的困难性在于，操作元件的支承相对昂贵。因为一方面必须检测作用到操作元件上的操纵力，以探测对操作元件的操纵，并且另一方面为了触觉反馈必须可运动地支承操作元件。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于电器设备、尤其用于机动车组件、例如加热设备、通风设备和/或空调设备的操作单元，其中，操作单元具有简化的机械结构。
为解决该目的提出一种用于电器设备、尤其用于机动车组件例如加热设备、通风设备和/或空调设备的操作单元，其中操作单元设有：
-沿操纵方向可轻压的操作元件，
-与操作元件机械联接的支撑元件，在其处支撑操作元件可沿操纵方向弹性运动，
-用于检测操作元件的轻压运动和/或用于检测传递到操作元件上的力的传感器，
-用于使操作元件运动的执行器，
-与传感器以及执行器相连的、用于在由传感器检测操作元件的轻压运动和/或力作用到操作元件上时操控执行器的评估和操控单元，
-其中，支撑元件可由执行器沿至少一个横向于操作元件的操纵方向延伸的运动方向运动。
根据本发明，执行器在符合规定地操纵操作元件之后沿侧向并且由此沿基本上垂直于操纵方向的方向使操作元件运动。该运动可以是振动。操作元件自身可沿操纵方向被轻压并且弹性地支撑在支撑元件处。传感器检测对操作元件的操纵，即或者经由距离识别或者经由力识别。传感器提供其输出信号到评估和操控单元处，例如在其中检测，从一定的测量信号大小开始是否符合规定地操纵操作元件。然后，在该时刻，执行器可以使操作元件沿侧向、即横向于操纵方向运动。为此可行的是，执行器或者直接作用到操作元件上或者作用到支撑元件上，这由于其与操作单元机械联接则在其侧向运动时带动操作元件。
因此根据本发明的意义，按照根据本发明的方案在用垂直于表面、即垂直于操作元件的操作面板的(最小的-)操纵力(力感)操纵操作元件时，通过操作元件沿侧向方向(力反馈)、即垂直于操纵力的作用方向、即基本上在操作元件的操作上面的延长部中的加速运动实现对操纵的反馈，这通过触觉方式告知用户对操作元件的操纵。
关于支撑元件沿操纵方向和反向的支承是弹性地，其中，该支承在操作元件侧向运动方面应当这样长久地保持刚性，直到执行器强迫操作元件侧向运动。因此，就此而言，根据本发明的操作单元使用用于操作元件的、无间隙的弹性支承，同时通过操作元件横向于其操纵方向的侧向运动识别操作元件沿轻压方向和操纵的触觉范围的力和位移。
在本发明另外的适宜的设计方案中可规定，支撑元件支承在至少两个从支座元件突出的支撑臂处，该支撑元件在操作元件的操纵方向的延长部中延伸，其中，支撑臂分别在其两端部处为了支撑元件由于执行器的运动的目的、尤其可弹性运动地与支撑元件和支座元件相连。由此，支撑臂(经由其支撑元件停止在支座元件处)沿操作元件的操纵方向延伸，因此就此而言，支撑元件关于该维度刚性支承。
可特别适宜的是，Z-形或者U-形地设计每个支撑臂并且每个支撑臂具有在操作元件的操纵方向的延长部中延伸的中心区段和两个分别由中心区段的另一端部，与其直角的并且关于彼此、反向或者同向间隔的固定区段，该固定区段中相应地一个与支撑元件相连接并且相应地另一个与支座元件相连，其中，在中心区段与每个固定区段之间的角区域中通过与支撑臂的该区段的邻接区域相比减小的厚度和/或宽度灵活地成型每个支撑臂。如上文已经提及的，支撑元件的铰接应当可沿侧向运动，而沿操纵方向刚性。这意味着，端部一方面与支撑元件相连并且另一方面与支座元件相连，因此在侧向于操纵方向延伸的延长部中具有一定灵活性。这以特别简单的构造类型和方式通过每个支撑臂带有在操作元件的操纵方向中延伸的中心区段的设计方案成功，在其两端处尤其是直角突出的固定区段从中心区段延伸。
固定区段不仅可以朝着中心区段的共同侧面延伸，对此然后支撑臂具有基本上U-形的设计，而且可以朝着中心区段相对侧面从中心区段突出，对此则支撑臂具有Z-形的设计。在如下的两种情况中有重要意义，即为了实现剪切支撑臂、中心区段朝两侧面的至少微小的翻转运动在中心区段与固定区段之间设计有过渡区域。这在本发明优选的设计方案中通过在中心区段与两个固定区段的每个之间的角区域中的薄膜铰链状的设计方案来实现。一种这样的灵活的设计方案可以通过减少支撑臂在角区域中或靠近角区域的厚度和/或宽度来实现。
就此而言有利的是，支撑臂的每个角区域具有内面和外面，该内面和外面中的每个面分别具有两个彼此直角延伸的面区段，其中，内面和/或外面具有槽状切口并且/或者连接区域(在其处内面的两个面区段和/或外面的两个面区段彼此邻接)具有槽状切口，其中，在内面处或者在外面处或者在外面处与内面的连接区域相对地布置槽状切口。
除了例如Z-形或者U-形支撑元件之外这种元件也适用于铰接地与操作元件和支座元件相联接，即允许沿操纵方向的大的刚性和横向灵活性。
适宜的是，支撑臂具有塑料材料。而其他材料也可以用于支撑臂，只要该材料允许支撑臂在中心区段与固定区段之间的角区域中弹性地运动。该弹性使得支撑臂在其中心区段(操作元件的侧向运动作为操作元件-操纵的触觉反馈)侧面偏转后自动地再次回复到其起始位置中，在其中中心区段再次沿操作元件的操纵方向延伸并且由此保证支撑元件的刚性支承，这又对于操作元件在其受操纵时的(沿操纵方向的力作用)的触觉特性是有利的。就此而言可有利的是，可设置减振元件用于缓冲由执行器引起的运动，该运动在执行器未被激活后逐渐衰减。
当执行器不激活时，该减振元件或者支撑元件(该支撑元件由此应当具有相对应的减振性能)理想地无其他过调地减振尤其操作元件振动的侧向运动。
作为用于探测操作元件的轻压或者力传递到操作元件上的传感器适用电容式的、电感式的、电阻式的或者光学工作的距离传感器或者力传感器。与或者支撑元件或者操作元件处在例如电容式的、电感式的或者机械有效连接中的执行器表现类似。
在本发明其他适宜的设计方案中可设置，传感器具有至少两个传感元件，该传感元件用于检测操纵操作元件和/或力作用到操作元件上并且在评估和操控单元中按照由两个传感元件提供的信号同样可测定用于轻压的力传递到操作元件的操作面上的位置，或者操作元件具有触碰敏感的操作面，该操作面用于测定触碰操作元件的位置和/或用于轻压的力传递到操作元件上。因此通过这两个备选解决方案的一个可以测定在操作元件的操作面上的触碰/操纵位置。在此操作面通常具有数个操作符号并且因此可自动识别，例如手指在操纵操作单元时处在哪个操作符号上。
根据本发明的操作单元的优点可如下总结：
-弹性系数(以该弹性系数悬挂操作元件)沿操纵方向(即垂直于操作表面或操作面)来定义并且不沿相对于于操纵方向侧向的方向与系统弹性联接。
-弹性系数沿操纵方向无间隙。
-该弹性系数可与间距测量结合用于确定操纵力(为此例如参阅德国专利文献102013 225 436.9和10 2013 225 463.6，二者均于2013年12月10日提交，其内容因此通过参阅成为本申请的内容)。
-执行器使操作元件沿至少一个侧向方向运动或加速。
-沿执行器的作用方向的弹性系数通过支撑元件在其支撑臂上柔性抗剪切力的支承来限定。
-该弹性系数是无间隙的并且沿执行器的作用方向。
-支撑元件的支撑臂允许操作元件沿执行器的作用方向几乎平行的运动。悬挂沿执行器的作用方向弹性伸缩，但沿力传入方向(操纵方向)在操纵操作元件是非常刚性，使得在轻压时的间距测量不会影响或者仅略微影响操作元件(其又可用于检测力)。
-两个上文提及的弹性系数可调节成彼此无关。
-两个弹簧可在静止位置放松。
-操作元件通过执行器的运动可通过减振元件来减振。
-通过执行器的运动可通过使用用于悬挂的减振材料沿运动方向来减振。
附图说明
接下来借助多个实施例并且参考附图详细阐述本发明。其中详细示出：
图1示出了具有可轻压的并且在此限定地支承以及横向于轻压运动尤其可振动运动的操作元件的操作单元的结构在未受操纵的状态下的横截面；
图2示出了根据图1在受操纵状态下的操作单元；
图3和图4示出了在该实施例中特定为Z形的支撑臂的放大的图示，该支撑臂在沿操纵方向受力作用的情况下具有更强的刚性和在横向于操纵方向的剪切力作用的情况下具有弹性，以及
图5和图6示出了具有基本上未U形的支撑臂的另一实施例的放大图示。
附图标记
10 操作单元
12 操作单元的壳体
14 壳体的上侧
16 操作元件
18 操作元件的操作面板
22 操作元件壳体
24 支撑元件
26 弹簧钢板元件
28 操作元件的操纵方向
30 用于检测操作元件的操作的传感器
32 传感器的传感元件
34 评估和操控单元
36 执行器
38 (振动-)操作元件的运动方向
40 用于支撑元件的支撑臂
40' 用于支撑元件的支撑臂
40" 用于支撑元件的支撑臂
42 用于支撑臂的支座元件
44 底部壁
46 中心区段
48 支撑臂的固定区段
50 支撑臂的固定区段
52 支撑臂的角区域
54 支撑臂的角区域
56 在支撑臂的角区域中的槽或槽状的切口
58 在支撑臂的角区域中的槽或槽状的切口
60 角区域的面区段
62 角区域的面区段
64 内角面
66 角区域的面区段
70 内角区域
72 角区域的内面区段
74 角区域的内面区段
具体实施方式
在说明图1至图6之前，接下来还将就原理方面简短介绍操作单元的工作方式。
操作单元设有至少一个操作元件，其沿操纵方向弹性地支承在支撑元件上或处。如果现在施加操纵力到操作元件上，因此其相应于其悬挂的弹性系数弯曲(弹性伸缩支撑在支撑元件上/中)。如果已知该弹性系数和必要时力传入点，因此可从操作发生的移动测定作用的操纵力的大小。
在识别足够大的最小操纵力或足够大的行程之后，可激活执行器，该执行器使操作元件横向于操纵方向、即沿侧向移动。通过执行器的运动经由支撑臂等引导元件这样来引导，即，使得操作元件(其仅经历较小的偏转)实施基本上平行的运行。使用者认为该最小的运动为操纵操作元件的触觉反馈。
根据图1，操作元件10具有壳体12，在其上侧14布置有带有操作面板的操作元件16，该操作面板具有多个符号。操作元件16例如具有触摸传感器件(未示出)，利用该触摸传感器件可探测接触到操作面板的点。20表示为此所需的电子器件并且在该实施例中位于操作元件壳体22之内。操作元件16与支撑元件24连接，该支撑元件在该实施例中构造成弹簧钢板元件26。由此，操作元件在操纵力沿操作方向(箭头28)传入时受到弹性支承。经由在该实施例中具有两个传感元件32的传感器30可检测行程，以使操作元件16在操纵时沿操纵方向28运动。传感器32与评估和操控单元34连接。
该评估和操控单元尤其也操控执行器36，尤其用于沿双箭头38的方向的振动的侧向运动。在通过传感器30与评估和操控单元34探测到符合规定地操纵操作元件16时，操纵执行器36，该执行器在该实施例中与操作元件16的壳体22机械地联接，由此操作元件16与其支撑元件26沿侧向并且因此沿侧向振动地运动。
在该实施例中，通过特殊成型的支撑臂40实现如下有冲突的要求，即，对支撑元件24沿操纵方向28的刚性支承的要求和该支承沿侧向方向(双箭头38)的灵活性的要求，支撑元件24经由该支撑臂接触到支座元件42。在该实施例中，支座元件为操作单元10的壳体12的底部壁44。
例如借助图1到4可知，每个支撑臂40具有基本上Z-形状并且设有一个在操纵方向28中延伸的中心区段46和两个固定区段48，50。该固定区段48，50直角地突出到中心区段的上端部和下端部的彼此相对而置的侧面。通过在操纵方向28中延伸的中心区段46，支撑元件24在操纵方向28中的力传递中获得其支承的大的刚度。
由此，现在该支撑臂40实现支撑元件24和由此的操作元件16的侧向运动，在分别的固定区段48、50和相对应的中心区段46之间的角区域52、54中灵活地和弹性地构造该支撑臂40。固定区段48、50一方面与支撑元件24(即弹簧钢板元件26)并且另一方面与支座元件42、即与底部壁44固定相连。在受剪切力作用时(如通过执行器36引起)该支撑臂40通过如下方式具有弹性，即，在支撑臂的角区域52、54中薄膜铰链形地构造该支撑臂40。通过槽56、58(即槽状的切口)实现就此而言需要的支撑臂40在角区域52、54中的厚度减少，如图1到4中所显示的那样。以该方式形成的薄膜铰链具有复位能力，这导致支撑臂40在执行器36无效后自动再次占据根据图1的起始位置，在该位置中该支撑臂40的中心区段46沿操纵方向28延伸。
如尤其按照图3和图4可见的那样，支撑臂40在得到操纵反馈的情况下实现了沿操作元件16的运动方向38(例如振动方向)的确定的灵活性和弹性。在此，如此布置槽状切口56、58，使得在内角面64的两个面区段60、62之间的槽状切口58处在固定区段50到中心区段46过渡中。槽状切口56朝向固定区段48、更确切的说基本上与内角区域70相对、处在角区域52的外侧面处的中心区段46的面区段66中。该内角区域70通过两个内面区段72、74来限定。
相对于材料变薄备选地或者相对于该材料变薄额外地，可以通过缩短在角区域52、54中的支撑臂40的宽度实现灵活的角区域52、54。
支撑臂40符合目的地由塑料制成。操作元件16横向运动(通过执行器36引起)的范围是如此得小，使得塑料材料在角区域52、54中保持其弹性，使得保持中心区段46保持自动对齐操纵方向28的复位能力。
如图5和图6所示，支撑臂也可以构造成基本上U形的支撑臂40’、40”。在此，在内角区域中或者在外角区域中或者两个或交替地在内角区域和外角区域中构造槽状切口56、58。
Claims (10)
1.一种用于电器设备、尤其机动车组件、例如加热设备、通风设备和/或空调设备的操作单元，该操作单元具有：
-沿操纵方向(28)可轻压的操作元件(16)，
-与所述操作元件(16)机械联接的支撑元件(24)，在其处所述操作元件(16)沿操纵方向(28)可弹性运动地得到支撑。
-用于检测所述操作元件(16)的轻压运动和/或用于检测传递到所述操作元件(16)上的力的传感器(30)，
-用于使所述操作元件运动的执行器(36)和
-与所述传感器(30)和所述执行器(36)相连的评估和操控单元(34)，其用于在由所述传感器(30)检测所述操作元件(16)的轻压运动和/或力作用到所述操作元件(16)上时操控所述执行器(36)
其中，所述支撑元件(24)可由所述执行器(36)沿至少一个横向于所述操作元件(16)的操纵方向(28)延伸的运动方向(38)运动。
2.根据权利要求1所述的操作单元，其特征在于，所述支撑元件(24)构造成弹簧弹性的弹簧钢板元件(26)。
3.根据权利要求1或者2所述的操作单元，其特征在于，所述支撑元件(24)支承在至少两个从支座元件(42)突出的支撑臂(40)处，该支撑元件在所述操作元件(16)的所述操纵方向(28)的延长部中延伸，其中，所述支撑臂(40)分别在其两端部处为了所述支撑元件(24)通过所述执行器(36)运动的目的可运动，尤其可弹性运动地与所述支撑元件(24)和所述支座元件(42)相连。
4.根据权利要求3所述的操作单元，其特征在于，Z-形或者U-形地设计每个支撑臂并且每个支撑臂具有在所述操作元件(16)的操纵方向(28)的延长部中延伸的中心区段(46)和两个分别由所述中心区段(46)另一端部起、与其直角的并且关于彼此、反向或者同向间隔的固定区段(48，50)，该固定区段中相应地一个与所述支撑元件(24)并且相应地另一个与所述支座元件(42)相连，并且在所述中心区段(46)与每个固定区段(48、50)之间的角区域(52、54)中通过与所述支撑臂(40)的该区段的邻接区域相比减小的厚度和/或宽度灵活地成型每个支撑臂。
5.根据权利要求4所述的操作单元，其特征在于，支撑臂的每个角区域(52、54)具有内面和外面，该内面和外面中的每个面分别具有两个彼此直角延伸的面区段，并且所述内面和/或所述外面具有槽状切口(56，58)并且/或者所述连接区域(在其处所述内面的两个面区段和/或所述外面的两个面区段彼此邻接)具有槽状切口(56、58)，其中，在所述内面处或者在所述外面处或者在所述外面处与所述内面的连接区域相对地布置所述槽状切口(56，58)。
6.根据权利要求4或者5所述的操作单元，其特征在于，所述支撑臂(40)具有塑料材料。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述传感器(30)是电容式的、电感式的、电阻式的或者光学工作的距离传感器或者力传感器。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述执行器(36)与或者所述支撑元件(24)或者所述操作元件(16)处在尤其电容式的、电感式的或者机械有效连接中。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的操作单元，其特征在于，所述传感器(30)具有至少两个传感元件(32)，该传感元件用于检测对所述操作元件(16)的操纵和/或力作用到所述操作元件(16)上，并且在所述评估和操控单元(34)中按照由所述两个传感元件(32)提供的信号同样可测定用于轻压的力传递到所述操作元件(16)的操作面上的位置，或者所述操作元件(16)具有用于触碰敏感的操作面，该操作面测定触碰所述操作元件(16)的位置和/或用于轻压的力传递到所述操作元件(16)上。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的操作单元，其特征在于，减振元件，该减振元件用于缓冲由所述执行器(36)引起的运动，该运动在所述执行器(36)未被激活后逐渐消失。
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