DE102013006414A1 - Vorrichtung zur Bedienung mehrerer Funktionen in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Bedienung mehrerer Funktionen in einem Kraftfahrzeug, mit einem Bedienelement, welches um eine Drehachse verschwenkbar gelagert ist und dadurch zwischen wenigstens zwei Positionen beweglich ist, wobei zumindest einer der Positionen eine Schaltfunktion zugeordnet ist, wobei das Bedienelement wenigstens zwei berührungssensitive kapazitive Sensorflächen aufweist, wobei durch eine manuelle Betätigung des Bedienelements in Abhängigkeit davon, welche der Sensorflächen berührt wird, unterschiedliche Funktionen ausgelöst werden, und wobei das Bedienelement beim Betätigen eine haptische Rückmeldung gibt, wobei Endabschnitte der Drehachse des Bedienelements an zwei seitlichen Lagerstellen in zwei entlang einer Hochachse ausgerichteten Langlochführungen gelagert sind, wobei die haptische Rückmeldung durch einen elektromagnetischen Aktuator erfolgt, welcher das Bedienelement in der Achsenrichtung der Drehachse temporär verschiebt, wobei das Bedienelement an einer mittleren Lagerstelle bezüglich der Richtung der Hochachse zentriert gelagert ist und wobei sich das Bedienelement auf den Gelenkzapfen von mindestens zwei Schwenkgelenken abstützt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bedienung mehrerer Funktionen in einem Kraftfahrzeug, mit einem Bedienelement, welches um eine Drehachse verschwenkbar gelagert ist und dadurch zwischen wenigstens zwei Positionen beweglich ist, wobei zumindest einer der Positionen eine Schaltfunktion zugeordnet ist, wobei das Bedienelement wenigstens zwei berührungssensitive kapazitive Sensorflächen aufweist, wobei durch eine manuelle Betätigung des Bedienelements in Abhängigkeit davon, welche der Sensorflächen berührt wird, unterschiedliche Funktionen ausgelöst werden, und wobei das Bedienelement beim Betätigen eine haptische Rückmeldung gibt.
  • Eine derartige Vorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 024 776 A1 bekannt. Bei der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung ist ein Bedienelement um eine Drehachse verschwenkbar gelagert. Das Bedienelement kann insbesondere eine Schaltleiste ausbilden, die mehrere kapazitive Sensorflächen aufweist. Durch ein Verschwenken der Schaltleiste können insbesondere Kippschalter betätigt und so Schaltfunktionen ausgelöst werden. Aus dieser Schrift ist des Weiteren bekannt, dass bei einer Betätigung des Bedienelements eine haptische oder akustische Rückmeldung erfolgt. Beschrieben sind hierzu ein Klickgeräusch und ein mechanischer Widerstand bei einer Betätigung des Bedienelements.
  • Die DE 10 2010 024 776 A1 offenbart damit das Funktionsprinzip eines Bedienelements, welches berührungssensitive und druckbetätigbare kontaktierende Schaltelemente kombiniert. Das Dokument nennt aber nur wenige Details hinsichtlich eines vorteilhaften mechanischen Aufbaus einer solchen Vorrichtung, insbesondere hinsichtlich der genauen Ausführung und Anordnung von Schaltelementen und der Realisierung einer haptischen Rückmeldung.
  • Es stellte sich die Aufgabe eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, welche sich durch einen einfachen, kostengünstigen und zugleich stabilen und spielarmen mechanischen Aufbau auszeichnet und eine haptische Rückmeldung auf besonders vorteilhafte Weise erzeugt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Endabschnitte der Drehachse des Bedienelements an zwei seitlichen Lagerstellen in zwei entlang einer Hochachse ausgerichteten Langlochführungen gelagert sind, dass die haptische Rückmeldung durch einen elektromagnetischen Aktuator erfolgt, welcher das Bedienelement in der Achsenrichtung der Drehachse temporär verschiebt, dass das Bedienelement an einer mittleren Lagerstelle bezüglich der Richtung der Hochachse zentriert gelagert ist und dass sich das Bedienelement auf den Gelenkzapfen von mindestens zwei Schwenkgelenken abstützt.
  • Die Erfindung ermöglicht es, ein Bedienelement, welches im Wesentlichen durch eine großflächige, leichte und daher von sich aus einer wenig biegesteife Kunststoffleiste ausgebildet sein kann, verschwenk- und verschiebbar zu lagern und dabei zugleich stabil, nahezu spielfrei, reibungsarm und toleranzunempfindlich anzuordnen.
  • Erreicht wird dies durch eine Kombination einer schwimmenden Lagerung des Bedienelements auf den Gelenkzapfen von Schwenkgelenken und einer vertikal zentrierenden Lagerung des Bedienelements an einem Langloch sowie einer schwimmenden Drehlagerung des Bedienelements an zwei vertikalen Langlochführungen.
  • Darüber hinaus ist ein elektromagnetischer Aktuator vorgesehen, der beim Auslösen einer Bedienfunktion eine haptische Rückmeldung erzeugt, indem er das Bedienelement in der Achsenrichtung seiner Drehachse temporär verschiebt. Als Aktuator kann vorteilhaft ein Hubankermagnet in Kombination mit einer Rückstellfeder verwendet werden.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn sich mindestens einer der Gelenkzapfen der Schwenkgelenke auf einem Kraftsensor abstützt. Besonders vorteilhaft kann der Kraftsensor als ein scheibenförmiger Sensor ausgebildet sein, der nach einem kapazitiven Wirkprinzip funktioniert.
  • Äußerst vorteilhaft ist es, wenn das Bedienelement durch eine Federkraft gegen den Kraftsensor vorgespannt ist. Hierdurch kann der Kraftsensor sowohl auf das Bedienelement einwirkende Druck- als auch Zugkräfte erfassen und damit Betätigungen des Bedienelements in zwei verschiedenen Richtungen unterscheiden.
  • Das Bedienelement ist vorzugsweise als eine Schaltleiste ausgebildet, die mehrere nebeneinander angeordnete kapazitive Sensorflächen, sowie eine integrierte Elektronik aufweist.
  • Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 eine schematisch dargestellte Vorrichtung in einer Explosionsansicht,
  • 2 die zusammengesetzte Vorrichtung,
  • 3 und 4 je eine Schnittansicht der schematisch dargestellten Vorrichtung,
  • 5 eine realitätsnahe Darstellung der Vorrichtung als Gesamtansicht,
  • 6 die Vorrichtung mit geöffnetem Gehäuse,
  • 7 ein Bedienelement in einer Explosionsansicht.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den 1 bis 4 grob schematisch und in den 5 bis 7 realitätsnah dargestellt.
  • Die 5 zeigt die Vorrichtung 1 im vollständig montierten Zustand; die 6 stellt die Vorrichtung 1 vor dem Zusammenbau des Gehäuses 5 dar. Das Gehäuse 5 besteht aus einem Gehäuseoberteil 6 und einem Gehäuseunterteil 7, zwischen denen ein Bedienelement 2 angeordnet ist. Das Gehäuseunterteil 7 weist eine angeformte mittlere Lagerstelle 8 und zwei angeformte seitliche Lagerstellen 9 für das Bedienelement 2 auf. Des Weiteren ist am Gehäuseunterteil 7 eine Halterung 10 für einen elektromagnetischen Aktuator 11 erkennbar. Der Aktuator 11 ist vorzugsweise als Hubankermagnet ausgebildet und dazu vorgesehen, eine laterale Auslenkung des Bedienelements 2 gegen das Gehäuse 5 zu bewirken.
  • Den inneren Aufbau des Bedienelements 2 zeigt die 7 in einer Explosionsansicht. Das Bedienelement 2 weist eine Schaltleiste 12 und ein Gehäuseteil 13 auf, zwischen denen eine Leiterplatte 14 angeordnet ist. Auf der Leiterplatte 14 ist eine Reihe von kapazitiven Schaltflächen 15 platziert, denen jeweils eine Sensorfläche 3 auf der Schaltleiste 12 zugeordnet ist. Außerdem trägt die Leiterplatte 14 mehrere Lichtquellen 16, die vorzugsweise als LED ausgeführt sind. Das Licht dieser Lichtquellen 16 wird über mehrere Lichtleitkörper 17 und Blendenkörper 18 zur Beleuchtung von Symboldarstellungen zu den Sensorflächen 3 geleitet.
  • An der Unterseite der Leiterplatte 14 sind scheibenförmige Kraftsensoren 19 angeordnet, die auf das Bedienelement 2 wirkende Betätigungskräfte erfassen können und vorzugsweise nach einem kapazitiven Wirkprinzip funktionieren. Um eine Vielzahl von Bedienfunktionen ansteuerbar zu machen, kann durch Berührung einer der am Bedienelement 2 angeordneten Sensorflächen 3, eine von mehreren auslösbaren Bedienfunktionen vorgewählt werden, welche dann durch eine Druckbetätigung der Bedienleiste 2 bestätigt und ausgelöst wird.
  • Aufbau und Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere die Krafterfassung durch den mindestens einen Kraftsensor 19 werden im Folgenden anhand der 1 bis 4 in stark schematisierten Darstellungen näher erläutert. Das Bedienelement ist hier jeweils vereinfacht als eine Bedienleiste 2 dargestellt, wobei zur Verdeutlichung der Mechanik auf die Darstellung sämtlicher elektrischen und elektronischen Komponenten verzichtet wurde. In den Prinzipskizzen ist zudem das Gehäuseunterteil 7 zu einer Grundplatte 7 vereinfacht worden. Um einen einfachen Vergleich zwischen den realitätsnahen Darstellungen der 5 bis 7 und den Prinzipdarstellungen der 1 bis 4 zu ermöglichen, werden in allen Figuren für einander entsprechende Komponenten, trotz teilweise voneinander abweichender Ausführung, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Die 1 und 2 verdeutlichen den Aufbau und besonders die Lagerung der Bedienleiste 2 an der Grundplatte 7, welche dem Prinzip nach dem Aufbau und der Lagerung des Bedienelements 2 am Gehäuseunterteil 7 in den 3 bis 7 entspricht. Die Bedienleiste 2 ist um eine Drehachse 4 verschwenkbar an der Grundplatte 7 gelagert. Stiftförmige Endabschnitte 4a, 4b der Drehachse 4 sind in vertikalen Langlochführungen 29 beweglich geführt. Durch die Langlochführungen 29 ist die Lage der Bedienleiste 2 bezüglich der x-Richtung (bezogen auf die in der 2 eingezeichneten Koordinatenachsen x, y, z) festlegt. Ein in die Fläche der Bedienleiste 2 eingebrachtes rechteckiges Langloch 28 ist von einem Zentrierelement 30 umfasst, welches das Langloch 28 durchgreift und zudem die Bewegungsmöglichkeiten der Bedienleiste 2 in der vertikalen z-Richtung begrenzt.
  • Das Langloch 28 erlaubt eine begrenzte Verschiebung des Bedienelements 2 entlang dessen Längsrichtung, also in der Erstreckungsrichtung der Drehachse 4 bzw. der y-Richtung des Koordinatenkreuzes. Eine solche Verschiebung kann durch den in der 6 abgebildeten elektromagnetischen Aktuator 11 bewirkt werden, der an dem unteren Gehäuseteil 7 gelagert ist. Stellvertretend für den in den 1 bis 4 nicht dargestellten Aktuator steht ein zum Aktuator gehörendes ausrückbares Ansteuerelement 25, welches eine Kraft auf einen Anschlagfläche 26 des Bedienelements 2 ausüben kann und dadurch das Bedienelement 2 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 27 relativ zur Grundplatte 7 verschiebt.
  • Um diese Bewegung zu ermöglichen und zugleich ein Verkippen der Bedienleiste 2 um eine zur Drehachse 4 senkrechte Kippachse auszuschließen, ist die Bedienleiste 2 schwimmend auf den Gelenkzapfen 21 zweier Schwenkgelenke 20 gelagert.
  • Die Schwenkgelenke 20, die besonders deutlich in den Schnittdarstellungen der 3 und 4 erkennbar sind, bestehen jeweils aus einem Gelenkzapfen 21 mit einem abgerundeten Endabschnitt 31, welcher in einem Gelenklager 22 in zumindest einer Richtung verschwenkbar ist. Die abgerundeten Endabschnitte 31 der Gelenkzapfen 21 können insbesondere auch in Kugelform ausgebildet sein. Die freien Endabschnitte 32 der Gelenkzapfen 21 sind jeweils in einer Aufnahme 23 gelagert, wobei zwischen mindestens einem Gelenkzapfen 21 und einer Anlagefläche in der Aufnahme 23 ein scheibenförmiger Kraftsensor 19 eingesetzt ist.
  • Der mindestens eine Kraftsensor 19 erfasst Betätigungskräfte, die auf die Fläche der Bedienleiste 2 einwirken, da hierdurch die Kraftsensoren 19 gegen die freien Endabschnitte 32 der Gelenkzapfen 21 gepresst werden. Die Kraftsensoren 19 können vorteilhafterweise auch Zugeinwirkungen erfassen, die durch ein Anheben der Bedienleiste 2 entstehen. Hierzu sind eine oder mehrere Federn vorgesehen, die in der Zeichnung beispielhaft als zwei Druckfedern 24 dargestellt sind, welche auf die Bedienleiste 2 einwirken und die Kraftsensoren 19 gegen die Stirnflächen der freien Endabschnitte 32 der Gelenkzapfen 21 pressen. Die Kraftsensoren 19 erfassen durch diese mechanische Vorspannung auch in der Ruheposition der Bedienleiste 2 eine Kraft, die sich bei einer Druckeinwirkung auf die Bedienleiste 2 vergrößert und bei einer Zugeinwirkung verringert. Somit können Verschwenkungen der Bedienleiste 2 sowohl nach unten wie nach oben durch den Kraftsensor 19 erkannt werden. Beim Überschreiten einer vorgegebenen positiven oder negativen Kraftänderungsschwelle wird durch eine hier nicht dargestellte Elektronik eine der Betätigung entsprechende Bedienfunktion ausgelöst. Die durch die Druckfedern 24 bewirkte Vorspannung verringert vorteilhafterweise zugleich das Lagerspiel der Bedienleiste 2.
  • Bei einer Betätigung der Bedienleiste 2 rückt der elektromagnetische Aktuator 11, angesteuert durch die erwähnte Elektronik, sein Ansteuerelement 25 gegen die Anschlagfläche 26 der Bedienleiste 2 aus. Das Ausrücken bewirkt aufgrund der Lagerung der Bedienleiste 2 auf den Schwenkgelenken 20 eine laterale Verschiebung der Bedienleiste 2, welche in der 4 dargestellt ist. Erkennbar ist, dass die Gelenkzapfen 21 jeweils gegenüber ihrer in der 3 abgebildeten Ausgangslage verschwenkt sind. Wird der Aktuator 11 stromlos, so führt die gegen die Anschlagfläche 26 wirkende Rückstellfeder 27 die Bedienleiste 2 in die Ausgangslage zurück. Diese kurze laterale Verschiebung über einen Weg von etwa einem Millimeter wird von einem Nutzer nicht als Verschiebung sondern als ein Nachgeben der Bedienleiste 2 wahrgenommen und ist somit zur Generierung einer Schalthaptik gut geeignet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Bedienelement (Bedienleiste)
    3
    Sensorfläche(n)
    4
    Drehachse
    4a, 4b
    Endabschnitte (der Drehachse)
    5
    Gehäuse
    6
    Gehäuseoberteil
    7
    Gehäuseunterteil (Grundplatte)
    8
    mittlere Lagerstelle
    9
    seitliche Lagerstellen
    10
    Halterung
    11
    (elektromagnetischen) Aktuator
    12
    Schaltleiste
    13
    Gehäuseteil
    14
    Leiterplatte
    15
    Schaltflächen
    16
    Lichtquellen
    17
    Lichtleitkörper
    18
    Blendenkörper
    19
    Kraftsensor(en)
    20
    Schwenkgelenk(e)
    21
    Gelenkzapfen
    22
    Gelenklager
    23
    Aufnahme
    24
    Druckfeder(n) (Vorspannelement)
    25
    Ansteuerelement
    26
    Anschlagfläche
    27
    Rückstellfeder
    28
    Langloch
    29
    Langlochführungen
    30
    Zentrierelement
    31
    (abgerundete) Endabschnitte
    32
    (freie) Endabschnitte
    x, y, z
    Koordinatenachsen (Richtungen)
    y
    Achsenrichtung
    z
    Hochachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010024776 A1 [0002, 0003]

Claims (9)

  1. Vorrichtung (1) zur Bedienung mehrerer Funktionen in einem Kraftfahrzeug, mit einem Bedienelement (2), welches um eine Drehachse (4) verschwenkbar gelagert ist und dadurch zwischen wenigstens zwei Positionen beweglich ist, wobei zumindest einer der Positionen eine Schaltfunktion zugeordnet ist, wobei das Bedienelement (2) wenigstens zwei berührungssensitive kapazitive Sensorflächen (3) aufweist, wobei durch eine manuelle Betätigung des Bedienelements (2) in Abhängigkeit davon, welche der Sensorflächen (3) berührt wird, unterschiedliche Funktionen ausgelöst werden, und wobei das Bedienelement (2) beim Betätigen eine haptische Rückmeldung gibt, dadurch gekennzeichnet, dass Endabschnitte (4a, 4b) der Drehachse (4) des Bedienelements (2) an zwei seitlichen Lagerstellen (9) in zwei entlang einer Hochachse (z) ausgerichteten Langlochführungen (29) gelagert sind, dass die haptische Rückmeldung durch einen elektromagnetischen Aktuator (11) erfolgt, welcher das Bedienelement (2) in der Achsenrichtung (y) der Drehachse (4) temporär verschiebt, dass das Bedienelement (2) an einer mittleren Lagerstelle (8) bezüglich der Richtung der Hochachse (z) zentriert gelagert ist und dass sich das Bedienelement (2) auf den Gelenkzapfen (21) von mindestens zwei Schwenkgelenken (20) abstützt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Lagerstelle (8) durch ein in Richtung der Hochachse (z) ausgerichtetes Zentrierelement (30) ausgebildet ist, das ein in das Bedienelement (2) eingebrachtes Langloch (28) durchgreift.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (30) durch zwei Gehäuseteile (6, 7) gebildet wird, welche das Bedienelement (2) einschließen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schwenkgelenk (20) als ein Kugelgelenk ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schwenkgelenk (20) sich auf einem Kraftsensor (19) abstützt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (19) nach ein kapazitives Wirkprinzip funktioniert.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (19) als scheibenförmiger Sensor ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (2) gegen den Kraftsensor (19) durch eine Kraft mindestens einer Feder (24) vorgespannt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (2) eine Schaltleiste (12) mit mehreren kapazitiven Sensorflächen (3) aufweist.
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