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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement mit einem berührungssensitiven Bedienfeld, welches parallel zu einer Tragplatte angeordnet ist, wobei das Bedienfeld lotrecht zur Bedienfeldebene zum Zwecke einer Dateneingabe über einen vorbestimmten Betrag bewegbar ist, wobei die Bewegung des Bedienfelds gegen Mittel zum Erzeugen einer von der Betätigungsstelle auf der Bedienfeldebene unabhängigen Schalthaptik erfolgt und wobei dem Bedienelement zumindest ein elektrisches Schaltmittel zugeordnet ist, durch das ein Schaltsignal erzeugt wird, wenn eine Bewegung des Bedienfelds stattgefunden hat.
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Ein derartiges Bedienelement ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 201 10 769 U1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt eine berührungssensitive Dateneingabeeinrichtung, die an mehreren Abstützmittel schwimmend gelagert ist. Zur Erzeugung einer Schalthaptik ist jedem Abstützmittel ein elektromagnetischer Spulenkörper zugeordnet. Zur Ausbildung der Schalthaptik werden die Spulenkörper auf gleiche oder unterschiedliche Weise bestromt, so dass die Verschiebung des Bedienfelds gegen eine magnetische Haltekraft erfolgt.
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Die Erzeugung der Schalthaptik erfolgt damit auf eine relativ aufwendige Weise, da neben den elektromagnetischen Spulenkörpern auch eigens Mittel zur Ansteuerung derselben vorgesehen sein müssen. Es ist zudem nicht sichergestellt, dass die Schalthaptik an allen Stellen des Bedienfelds gleich ist, da sich, je nach Betätigungsstelle des Bedienfelds aufgrund unterschiedlicher Abstände zu den haptikerzeugenden Mitteln auf diese unterschiedliche Hebelkräfte einwirken. Ebenso ist nicht sichergestellt, dass unabhängig von der Betätigungsstelle die Verschiebung des Bedienfelds immer genau senkrecht erfolgt. Dem entsprechend sagt der Hauptanspruch der
DE 201 10 769 U1 aus, ”daß die Scheibe in einer Richtung im wesentlichen lotrecht zur Scheibenebene über einen vorbestimmten Betrag bewegbar ... ist”, und ”daß eine Bewegung der Scheibe zum Zwecke einer Dateneingabe gegen Mittel zum Erzeugen einer definierten, unabhängig vom Betätigungspunkt auf der Scheibenoberfläche im wesentlichen gleichen Schalthaptik erfolgt ...” (Die Hervorhebungen wurden hinzugefügt).
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Die möglichst exakte Realisierung einer konstanten Schalthaptik und einer genau senkrechten Verschiebungsrichtung bei einer Druckbetätigung des Bedienfelds unabhängig von der jeweiligen Betätigungsstelle ist für ein angenehmes Betätigungsgefühl sowie für die Anmutung einer hohen Qualität des Bedienelements von entscheidender Bedeutung.
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Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Bedienelement zu schaffen, das mit einem möglichst geringen Aufwand bei einer Druckbeaufschlagung des Bedienfelds eine genau lotrechte Verschiebung des Bedienfelds und eine gleichmäßige Betätigungskraft unabhängig von der Betätigungsstelle garantiert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Bedienfeld oder ein unbeweglich mit dem Bedienfeld verbundener Bedienfeldträger und die Tragplatte jeweils Lagerstellen für die Endabschnitte der Scherenhebel einer symmetrischen Scherenhebelanordnung aufweisen.
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Die Anordnung eines Bedienfelds an den Endabschnitten von mindestens zwei Scherenhebeln, die symmetrisch zu einer gemeinsamen Gelenkachse angeordnet sind, garantiert eine parallele Bewegung des Bedienfelds, da die Scherenhebel nur gemeinsam bewegt werden können und bei einer Bewegung ihre symmetrische Anordnung zueinander stets beibehalten. Damit wird eine sehr genaue Führung des Bedienfelds bei einem relativ geringen konstruktiven Aufwand und eine konstante, von der Betätigungsstelle unabhängige Betätigungskraft erreicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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1 und 2 jeweils eine Ansicht eines Bedienelements ohne montiertem Bedienfeld,
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3 eine Ansicht eines Bedienelements mit Bedienfeld,
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4 eine Scherengabel als Einzelteil,
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5 Werkzeugteile zur Entformung einer Scherengabel,
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6 einen Abschnitt einer Scherengabel,
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7 eine Scherenhebelanordnung aus zwei Scherengabeln,
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8 eine mit einer Tragplatte verbundene Scherenhebelanordnung,
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9 eine Tragplatte mit einer angefügten Gelenkachse,
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10 eine Skizze zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips des Bedienelements.
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Die 1 zeigt den mechanischen Aufbau eines Bedienelements in einer Seitenansicht; die 2 stellt zur Verdeutlichung weitere Einzelheiten desselben Bedienelements in einer schrägen Draufsicht dar. Das Bedienelement weist einen Bedienfeldträger 1 auf, der mittels einer Scherenhebelanordnung 2 an einer Tragplatte 10 beweglich gelagert ist.
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Als Scherenhebelanordnung werden paarige Stäbe, im folgenden Scherenhebel genannt, bezeichnet, die überkreuz gelegt und an ihrem Kreuzungspunkt durch eine Drehachse miteinander verbunden sind. Eine gegeneinander gerichtete Bewegung zweier Scherenhebelenden hat eine gleichartige Bewegung der jeweils gegenüberliegenden Scherenhebelenden zur Folge. Diese Hebelbewegung wird für verschiedene Zwecke genutzt, beispielsweise bei Scheren und Zangen zum Schneiden oder Drücken eines Objekts oder bei Hubbühnen zur Erzeugung einer Bewegung senkrecht zur auslösenden Bewegung.
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Analog dem Podest einer Hubbühne sind Lagerstellen (5a, 5b) des Bedienfeldträgers 1 mit den Endabschnitten von mindestens zwei Scherenhebeln drehbeweglich verbunden. Zwei gegenüberliegende Endabschnitte der Scherenhebelanordnung 2 sind drehbar an der Tragplatte 10 an Lagerstellen (4a, 4b) gelagert.
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Unterhalb des Bedienfeldträgers 1 ist ein an der Tragplatte 10 angeformter Dom 11 erkennbar. Wie aus der 9 hervorgeht, weist, der Dom 11 ein senkrechtes Langloch 27 auf, durch das ein die Gelenkachse 6 der Scherenhebelanordnung 2 bildender Stift hindurchgeführt ist. Das Langloch 27 ist so dimensioniert, dass die Gelenkachse 6 bei Bewegungen der Scherenhebelanordnung 2 innerhalb des Langlochs 27 frei beweglich ist. Ohne äußere Krafteinwirkung wird die Gelenkachse 6 durch eine sich an der Tragplatte 10 abstützende Druckfeder 3 in der Richtung von der Tragplatte 10 weg gedrückt.
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Auf der Unterseite des in der 1 dargestellten Bedienfeldträgers 1 ist ein Betätigungselement 25 für ein nicht im Detail dargestelltes, am Bedienfeldträgers 1 angeordnetes elektrisches Schaltmittel erkennbar. Das Schaltelement kann beispielsweise als ein Mikroschalter oder durch Schaltkontakte, die durch eine umschnappende Metallscheibe verbunden werden (”Knackfroschschalter”) ausgeführt sein. Trifft das Betätigungselement 25 bei einer vertikalen Bewegung des Bedienfeldträgers 1 auf die Oberseite des Doms 11, so bewirkt das Betätigungselement 25, dass das elektrische Schaltmittel eine Schaltfunktion auslöst.
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Die in der 2 erkennbare Oberseite des Bedienfeldträgers 1 ist zur Montage eines berührungsempfindlichen Bedienfelds, etwa eines kapazitiven Touchpads oder Touchscreens vorgesehen. Dabei kann das Bedienfeld 12 dem Bedienfeldträger 1 auch ein Stück weit vorgelagert angeordnet sein, etwa an der Oberfläche eines mit dem Bedienfeldträger 1 verbindbaren Gehäuses 13, wie es in der 3 dargestellt ist. Das Gehäuse 13 ist mittels einstückig angeformter Rastlaschen 23 mit am Bedienfeldträger 1 angeordneten Rastnasen 22 verbunden, wodurch das Gehäuse 13 und der Bedienfeldträger 1 gegeneinander unbeweglich sind.
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Innerhalb des Gehäuses 13 sind zwischen dem Bedienfeld 12 und dem Bedienfeldträger 1 nicht dargestellte elektronische Komponenten, Schaltungsträger, Hinterleuchtungsmittel für das Bedienfeld oder ähnliches angeordnet. Die 2 zeigt diesbezüglich eine am Bedienfeld 12 angeformte Tasche 15 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Steckverbinders, dessen Lage durch Anformungen 16 am Bedienfeldträger 1 zusätzlich fixiert werden kann. Am Rand des Bedienfeldträgers 1 ist eine Ausnehmung 14 erkennbar, die zur Durchführung einer mit dem erwähnten Steckverbinder verbundenen elektrische Leitung geeignet ist.
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Die Funktionsweise des in der 3 dargestellten Bedienelements ist die folgende: das berührungsempfindliche Bedienfeld 12 zeigt verschiedene Symbolfelder 24, welche auswählbare Funktionen repräsentieren. Durch eine leichte Berührung eines der Symbolfelder 24 kann die entsprechende Funktion vorgewählt werden, wobei eine optische Signalisierung, etwa durch eine eingeschaltete Hinterleuchtung des berührten Symbolfelds 24, die Vorauswahl der entsprechenden Funktion quittiert. Zur endgültigen Aktivierung der Funktion ist danach eine Druckbetätigung des Bedienfelds 12 erforderlich, durch welche die Funktionsauswahl bestätigt wird. Dieses Funktionsweise ist zweckmäßig, damit nicht durch bloße Berührung von Symbolfeldern 24 unabsichtlich unerwünschte Funktionen aktiviert werden.
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Die Druckbetätigung geschieht üblicherweise genau an der Stelle des Bedienfelds 12, an der zuvor die Vorauswahl der Funktion durch Berühren eines Symbolfelds 24 erfolgte, d. h. die Druckbetätigung kann je nach Lage des jeweiligen Symbolfeldes 24 beispielsweise in der Mitte, an einem Rand oder auch an einer Ecke des Bedienfeldes 12 erfolgen. Dabei ist es wünschenswert, dass die Schalthaptik von der Betätigungsstelle unabhängig ist, das heißt, dass die Druckbetätigung des Bedienfelds 12 unabhängig von der jeweiligen Betätigungsstelle immer mit dem gleichen Kraftaufwand erfolgt. Eine qualitativ hochwertig anmutende Schalthaptik erfordert zudem, dass es zu keinem Verkippen der Bedienfläche kommt, was bedeutet, dass die Ebene des Bedienfelds 12 bei einer Bewegung stets parallel zur Ebene der Tragplatte 10 ausgerichtet sein muss. Beides wird durch die mit dem Bedienfeldträger 1 und der Tragplatte 10 verbundenen Scherenhebelanordnung 2 erreicht.
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Die Scherenhebelanordnung 2 weist zumindest zwei über Kreuz angeordnete und gegeneinander bewegliche Scherenhebel 19 auf. Zur stabilen Abstützung des flächig ausgedehnten Bedienfeldträgers 1 ist es zweckmäßig, wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Paare von Scherenhebeln 19 vorzusehen.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind zum Aufbau der Scherenhebelanordnung 2 vier Scherenhebelpaare vorgesehen. Um diese besonders einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar auszuführen, sind jeweils vier Scherenhebel 19 parallel zueinander angeordnet, wobei die zueinander parallelen Endabschnitte auf einer Seite durch einen Verbindungssteg 20 miteinander verbunden sind.
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Die so gebildete Anordnung, die vorteilhaft als ein einstückig geformtes Spritzgießteil herstellbar ist, wird nachfolgend als Scherengabel 17 bezeichnet und ist in der 4 abgebildet. Entlang der Längsachse des Verbindungsstegs 20, sowie in die Mitten und in die dem Verbindungssteg 20 gegenüberliegenden Endabschnitte der Scherenhebel 19 sind zueinander fluchtend ausgerichtete Aufnahmeöffnungen 21 eingeformt, in die senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Scherenhebel 19 Lagerstifte (6, 7a, 7b, 8a, 8b) einfügbar sind.
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Die Aufnahmeöffnungen 21 können auf besonders einfache und kostengünstige Weise durch ein Spritzgießwerkzeug entformt sein, das, wie in der 5a angedeutet, zwei kammartig angeordnete Zahnreihen 28 aufweist, welche bei zusammengefahrenem Spritzgießwerkzeug verschränkt ineinander greifen (5b).
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Die Zahnreihen 28 formen den Verbindungssteg 20 der in der 4 dargestellten Scherengabel 17, der in der 6a vereinfacht ohne angeformte Scherenhebel dargestellt ist. Der Verbindungssteg 20 weist durch die von den Zahnreihen 28 eingebrachten Durchbrüche 31 zwei gegenüberliegende sprossenleiterartige Bereiche 30 auf, bei denen die eingebrachten Durchbrüche 31 gegeneinander versetzt angeordnet sind.
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Die 5 zeigt, dass die Endabschnitte 29 der die Zahnreihen 28 bildenden Zähne jeweils halbkreisförmig ausgebildet sind. Bei zusammengefahrenem Werkzeug überlappen sich die Endabschnitte 29 der oberen und der unteren Zahnreihe 28 soweit, dass in horizontaler Richtung ein durchgehender, vom Spritzgießmaterial freibleibender Bereich entsteht, der sich in einer Projektion als kreisförmige Aufnahmeöffnung 21 darstellt (6b). Auch die weiteren in der 4 erkennbaren Aufnahmeöffnungen 21 innerhalb der Scherenhebel 19 sind vorteilhafterweise auf diese Weise entformt.
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Vorteilhaft an der Verwendung von als kammartige Zahnreihen 28 ausgebildeten Werkzeugeinsätzen ist, dass horizontale Aufnahmeöffnungen 21 in die Scherengabeln (17, 18) einformbar sind, ohne dass dafür aufwendige mechanische Schieber im Spritzwerkzeug erforderlich sind. Hierdurch können sowohl die Werkzeugkosten als auch die Herstellungskosten der Scherengabeln (17, 18) gering gehalten werden. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass durch die kammartige Ausbildung der die Aufnahmeöffnungen 21 bildenden Werkzeugeinsätze jeder Teilabschnitt der Aufnahmeöffnungen 21 individuell angepasst werden kann, wodurch das für eine gute Parallelführung nötige geringe Spiel besonders gut realisierbar ist.
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Wie die 7 zeigt, werden zum Aufbau einer Scherenhebelanordnung 2 zwei dieser Scherengabeln (17, 18) verwendet. Vorteilhaft ist, dass die beiden Scherengabeln (17, 18) als identische Spritzgießteile ausgeführt sein können, wodurch der Fertigungsaufwand besonders gering gehalten werden kann. Aufgrund ihrer Formgebung können die beiden Scherengabeln (17, 18) leicht miteinander verschränkt werden. Ein in die mittleren Aufnahmeöffnungen der Scherenhebel 19 eingeschobener Stift 6 verbindet die beiden Scherengabeln (17, 18) drehbeweglich miteinander und bildet eine beiden Scherengabeln (17, 18) gemeinsame Gelenkachse 6 aus. Weitere in Aufnahmeöffnungen 21 einfügbare Lagerstifte (7a, 7b, 8a, 8b) stellen die Verbindungen zwischen den Scherengabeln (17, 18) und den Lagerstellen (4a, 4b, 5a, 5b) an der Tragplatte 10 und dem Bedienfeldträger 1 her.
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Nach Anbindung der Scherenhebelanordnung 2 an die Tragplatte 10 durch die Lagerstifte (7a, 7b) ist der in der 8 dargestellte Montagezustand erreicht. Erkennbar ist, dass die Gelenkachse 6 auch durch den Dom 11 verläuft, der mittig auf der Tragplatte 10 gelagert ist.
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Nach dem Anfügen des Bedienfeldträgers 1 durch Einschieben der Lagerstifte 8a und 8b in die Lagerstellen 5a und 5b ergibt sich der in den 1 und 2 dargestellte Aufbau. Betrachtet man die 1, so ist erkennbar, dass eine vertikale Beweglichkeit des Bedienfeldträgers 1 eine Beweglichkeit der Scherenhebel 19 gegeneinander erfordert. Diese wird dadurch ermöglicht, dass die Lagerstellen 4b und 5b hier als horizontale Langlöcher ausgeführt sind, so dass die eingesetzten Lagerstifte 4b und 5b horizontal verschieblich angeordnet sind. Aufgrund des geringen Betätigungswegs des Bedienfeldträgers 1, der zum Betätigung des Schaltelements erforderlich ist, braucht die Lagerstellen (4b, 5b) nur ein relativ geringes horizontales Spiel zu ermöglichen; daher weicht die Langlochform der Lagerstellen 4b und 5b auch nur geringfügig von einer Kreisform ab. Die Betätigungsweg wird zudem dadurch begrenzt, dass an den Lagerstellen (4a, 4b, 5a, 5c) Anschlagflächen 9 angeformt sind, welche am Ende des zur Betätigung des Schaltmittels vorgesehenen Wegs aufeinander treffen.
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Zur Verdeutlichung der Funktionsweise ist die Scherenhebellagerung in der 10 schematisch und mit maßstäblich übertriebenem Lagerspiel dargestellt. Skizziert sind zwei Scherenhebel der beiden durch die Gelenkachse 6 verbundenen Scherengabeln (17, 18). Die Lagerstellen 4a und 5a am Bedienfeldträger 1 bzw. an der Tragplatte 10 lagern die Scherengabeln (17, 18) als Festlager, d. h. die Lagerstifte 7a und 8a sind in Lageröffnungen drehbeweglich, aber ohne nennenswertes horizontales oder vertikales Lagerspiel eingesetzt.
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Die an den entgegengesetzten Endabschnitten der Scherenhebel eingesetzten Lagerstifte (7b, 8b) sind dagegen in Lagerstellen 4b und 5b gelagert, welche ein horizontales Lagerspiel aufweisen. Die Gelenkachse 6, welche die beiden Scherengabeln (17, 18) miteinander verbindet ist nicht fix gelagert und daher in ihrer Beweglichkeit weder in horizontaler noch in vertikaler Richtung eingeschränkt.
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Wird durch eine Druckbetätigung auf den Bedienfeldträger 1 dieser in Richtung auf die Tragplatte 10 verschoben, so verkleinert sich der Winkel α zwischen den beiden Scherenhebeln. Die mit den Scherenhebeln verbundenen Lagerstifte 8a und 8b bewegen sich mit dem Bedienfeldträger 1 in vertikaler Richtung auf die Tragplatte 10 zu und vergrößern zugleich ihren horizontalen Abstand zueinander. Da lediglich die Lagerstelle 5b einen Freiheitsgrad aufweist, bewegt sich somit der Lagerstift 8b in dem Langloch der Lagerstelle 5b nach rechts. Aufgrund der symmetrischen Anordnung gilt das gleiche für den Lagerstift 7b an der Lagerstelle 4b an der Tragplatte 10. Die Gelenkachse 6 bewegt sich währenddessen sowohl in vertikaler Richtung auf die Tragplatte 10 zu als auch in horizontaler Richtung nach rechts.
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Da die Bewegungen der beiden Scherenhebelgabeln (17, 18) durch die Gelenkachse 6 aneinander gekoppelt sind und daher symmetrisch zueinander erfolgen, kann eine Verschiebung des Bedienfeldträgers 1 immer nur parallel zur Tragplatte 10 erfolgen. Ein Verkippen des Bedienfeldträgers 1 bzw. des damit starr verbundenen Bedienfelds ist damit ausgeschlossen. Zugleich ist sichergestellt, dass der zur Verschiebung erforderliche Kraftaufwand weitgehend unabhängig von der gewählten Betätigungsstelle ist, da die Hebelmechanik eine auf eine beliebige Stelle des Bedienfeldträgers 1 einwirkende Druckkraft gleichmäßig auf beide gelagerte Endabschnitte des Bedienfeldträgers 1 verteilt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedienfeldträger
- 2
- Scherenhebelanordnung
- 3
- (Druck)feder
- 4a, 4b
- (feste) Lagerstelle
- 5a, 5b
- (bewegliche) Lagerstelle
- 6
- Gelenkachse (Stift)
- 7a, 7b, 8a, 8b
- Lagerstifte
- 9
- Anschlagflächen
- 10
- Tragplatte
- 11
- Dom
- 12
- Bedienfeld
- 13
- Gehäuse
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Tasche
- 16
- Anformungen
- 17
- erste Scherengabel
- 18
- zweite Scherengabel
- 19
- Scherenhebel
- 20
- Verbindungssteg
- 21
- Aufnahmeöffnungen
- 22
- Rastnasen
- 23
- Rastlaschen
- 24
- Symbolfeld(er)
- 25
- Betätigungselement
- 26
- Langlöcher
- 27
- (senkrechtes) Langloch
- 28
- Zahnreihen
- 29
- Endabschnitte
- 30
- sprossenleiterartige Bereiche
- 31
- Durchbrüche
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20110769 U1 [0002, 0003]
