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Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem verstellbaren Monitor, einem dem Monitor zugeordneten Verstellantrieb, der einen Mitnehmer aufweist, der mit dem Monitor gekoppelt ist, und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Verstellantriebs, wobei der Monitor durch eine Kulissenführung geführt ist und mittels des Verstellantriebs zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verstellbar ist.
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In Kraftfahrzeugen werden häufig relativ großflächige Anzeigeeinrichtungen am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs genutzt, um beispielsweise Navigationsinformationen, Fahrzeugzustandsinformationen, Multimediainformationen oder Ähnliches darzustellen. Diese Anzeigeeinrichtungen können ein LCD-Display oder auch OLED-Display umfassen. Zudem können diese Anzeigeeinrichtungen auch als Eingabeeinrichtung genutzt werden, wenn das Display als Touch-Screen ausgebildet ist, oder wenn zusätzliche Bedienelemente vorgesehen sind.
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Häufig ist es gewünscht diese Anzeigeeinrichtungen derart auszuführen, dass sie in einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs versenkt werden können. Ein Versenken der Anzeigeeinrichtung bei Nichtbenutzung und insbesondere bei Nichtbetrieb des Kraftfahrzeugs dient zum einen dem Schutz der Anzeigeeinrichtung, zum anderen der ästhetischen Gestaltung des Kraftfahrzeugs.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 055 246 A1 ist eine Verstellkinematik bekannt, die es erlaubt, eine Anzeigeeinrichtung in einem Armaturenbrett zu versenken. Zum Verschwenken der Anzeigeeinrichtung zwischen der Park- und der Funktionsstellung werden in D1 Seilantriebe, Ritzel-Zahnstangenantriebe und Spindelantriebe vorgeschlagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Anzeigeeinrichtung anzugeben, die insbesondere ein reduziertes Betriebsgeräusch und eine höhere Robustheit gegenüber Fehlbedienungen aufweist.
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Die Aufgabe wird durch eine Anzeigeeinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Verstellantrieb ein Linearantrieb ist, der wenigstens einen entlang wenigstens einer Antriebsführungsschiene linear verschiebbaren Schlitten aufweist, an dem wenigstens ein Piezoaktor zur Verschiebung des Schlittens entlang der Antriebsführungsschiene vorgesehen ist.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, zur Verschiebung des Schlittens einen piezobasierten Linearmotor zu nutzen, da solche piezobasierten Linearmotoren ein besonders geringes Betriebsgeräusch aufweisen. Zudem sind piezobasierte Linearantriebe typischerweise selbsthemmend, das heißt auch ohne eine Stromzufuhr wird eine einmal eingestellte Position bis zu einer gewissen Krafteinwirkung gehalten. Bei Einwirken von Kräften die oberhalb eines gewissen Kraftgrenzwertes liegen, ist eine Änderung der Position des Linearmotors möglich, ohne dass der Linearmotor beschädigt wird. Zudem ermöglichen piezobasierte Linearantriebe schon bei relativ kompakter und günstiger Bauform die Übertragung relativ großer Kräfte und eine sehr genaue Positionierung.
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Der Monitor der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung kann zwischen zwei Stellungen, der ersten Stellung, in der der Monitor insbesondere im Armaturenbrett versenkt ist oder bildschirmseitig auf dem Armaturenbrett aufliegt, wodurch eine Lagerposition erreicht wird, in der der Bildschirm geschützt ist, und der zweiten Stellung, die insbesondere eine Benutzungsposition darstellt, in der der Monitor aus dem Armaturenbrett ausgefahren und derart aufgestellt ist, dass ein Benutzer den Bildschirm betrachten kann.
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Piezobasierte Linearantriebe können durch Nutzung des Trägheitsprinzips realisiert werden. Hierbei wird zwischen einem zu bewegenden Element und einer Gegenmasse ein Piezoaktor angeordnet. Durch eine asymmetrische Anregung des Piezoaktors kann das zu bewegende Element linear bewegt werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Piezoaktor mit der Antriebsführungsschiene zur Verschiebung des Schlittens entlang der Antriebsführungsschiene zusammenwirkt. Bei dieser Art des piezobasierten Linearantriebs werden typischerweise mehrere Piezoaktoren genutzt, die ein zu bewegendes Element klemmen und verschieben. In der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung sind die Piezoaktoren am Schlitten angeordnet und verschieben die Antriebsführungsschiene bezüglich des Schlittens und somit auch den Schlitten bezüglich der Antriebsführungsschiene.
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Es ist dabei möglich, dass die Piezoaktoren koordiniert angesteuert werden, um die Klemm- und Verschiebebewegung zu erreichen. Insbesondere können die Piezoaktoren derart angesteuert werden, dass zunächst eine erste Gruppe der Piezoaktoren in Kontakt mit der Antriebsführungsschiene ist und der zweite Teil der Piezoaktoren durch Anlegen einer Spannung seine Ausdehnung verringert, und damit von der Antriebsführungsschiene zurückgezogen wird. An die Piezoaktoren der ersten Gruppe kann nun eine zusätzliche Spannung angelegt werden, um eine Scherbewegung der Piezoaktoren zu erzeugen, die die Piezoaktoren und damit den Schlitten gegenüber der Antriebsführungsschiene verschiebt. Die zweite Gruppe von Piezoaktoren wird derart angesteuert, dass sie eine entgegengesetzte Scherbewegung ausführt. Nun können die Piezoaktoren der zweiten Gruppe durch Änderung der angelegten Spannung in Kontakt mit der Antriebsführungsschiene gebracht werden und der Kontakt zwischen den Piezoaktoren der ersten Gruppe und der Antriebsführungsschiene getrennt werden. Durch Änderung der Spannung der zweiten Gruppe von Piezoaktoren können diese nun erneut zu einer Scherbewegung angeregt werden, wodurch der Schlitten wiederum in die gleiche Richtung wie zuvor gegenüber der Antriebsführungsschiene verschoben wird. Dieser Vorgang kann vorgesetzt werden und es können prinzipiell beliebig große Verschiebungen des Schlittens gegenüber der Antriebsführungsschiene erreicht werden.
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Mit der erläuterten Anregung können Piezoaktoren einerseits mit Frequenzen weit unterhalb ihrer Resonanzfrequenz angeregt werden. Ein piezobasierter Antrieb, bei dem die Piezoaktoren weit unterhalb ihrer Resonanzfrequenz angeregt werden, wird häufig auch Piezo-Schrittmotor genannt. Mit Piezo-Schrittmotoren können große Kräfte ausgeübt werden und es ist eine sehr genaue Positionierung möglich. In der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung sind jedoch bereits geringere Kräfte zum Verstellen des Monitors zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung ausreichend. Auch eine hohe Präzision im Nanometerbereich ist nicht erforderlich. Daher kann vorteilhaft auch ein sogenannter Ultraschall-Piezo-Motor genutzt werden, bei dem die Anregung der Piezoaktoren mit einer Frequenz gleich oder nahe ihrer Resonanzfrequenz erfolgt. Mit einer derartigen Anregung sind insbesondere schnellere Verschiebungen und die Nutzung kleinerer Piezoaktoren möglich. Vorteilhaft werden Piezoaktoren mit einer Resonanzfrequenz von größer 20 kHz genutzt, da die Anregungsfrequenz und damit die Frequenz der Vibrationen der Piezoaktoren in diesem Fall jenseits der Hörschwelle des Menschen liegen und nicht störend wirken.
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Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung ein Ansteuersignal für den Piezoaktor direkt erzeugt und an diesen ausgibt. Vorteilhaft kann jedoch eine Treibereinrichtung genutzt werden, um ein Ansteuersignal für den Piezoaktor zu erzeugen. Die Steuerung dieser Treibereinrichtung kann beispielsweise digital, durch analoge Steuerspannungen oder durch pulsweitenmodulierte Steuersignale erfolgen. Insbesondere ist es möglich eine Bewegungsgeschwindigkeit und Richtung des piezobasierten Linearantriebs durch eine analoge Spannung oder ein pulsbreitenmoduliertes Signal vorzugeben. Durch Nutzung eines zusätzlichen Positionssensors und eines Regelkreises kann in diesem Fall eine schnelle und exakte Steuerung des Linearantriebs erreicht werden.
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In der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung ist der Monitor durch die Kulissenführung geführt. Ist der Monitor starr oder um eine Achse senkrecht zur Antriebsführungsschiene schwenkbar mit dem Schlitten gekoppelt, so ist der Schlitten durch diese Kopplung und die Kulissenführung gegenüber einem Verkippen um eine Achse parallel zur Antriebsführungsschiene stabilisiert. Es ist daher möglich, dass nur eine Antriebsführungsschiene vorgesehen ist, auf der der Schlitten aufliegt. Um mechanische Belastungen und Reibungskräfte in der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung zu minimieren ist es vorteilhaft, wenn der Schlitten durch die Antriebsführungsschiene zentral geführt ist, das heißt der Schlitten im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Führung ist.
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In der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung wird der Schlitten vorteilhaft dadurch gegenüber der Antriebsführungsschiene verschoben, dass Piezoaktoren mit der Antriebsführungsschiene zusammenwirken. Durch das Zusammenwirken der Piezoaktoren mit der Antriebsführungsschiene wird zudem eine selbsthemmende Lageerhaltung des Monitors bis zu gewissen auf den Monitor wirkenden Kräften erreicht. Um optimale Bewegungs- und Halteeigenschaften zu erreichen, ist es vorteilhaft, eine hohe Haftreibung zwischen Piezoaktor und Antriebsführungsschiene zu erreichen. Insbesondere daher ist es vorteilhaft, wenn die Führungsschiene aus Keramik besteht oder zumindest einseitig eine Keramikbeschichtung aufweist. Insbesondere kann die Antriebsführungsschiene an den Seiten eine Keramikbeschichtung aufweisen, an denen sie mit dem Piezoaktor oder den Piezoaktoren zusammenwirkt.
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Unter einer Keramikbeschichtung sind in diesem Zusammenhang alle Arten des Aufbringens einer Schicht aus Keramik auf ein anderes Material zu verstehen. So können beispielsweise dünne Keramikplatten auf eine Stange aus einem anderen Material, insbesondere Metall aufgeklebt sein. Es ist auch möglich, dass eine Stange aus anderem Material in eine Keramikhülse eingeführt ist, die diese Stange ganz oder teilweise umgibt. Als weiteres Material können insbesondere Metalle oder Kunststoffe genutzt werden.
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Neben einer hohen Haftreibung zwischen der Piezokeramik des Piezoaktors und der Keramikoberfläche der Antriebsführungsschiene wird zudem durch die Nutzung einer Keramikoberfläche an der Antriebsführungsschiene erreicht, dass der Materialverschleiß gering ist, da die beiden miteinander in Kontakt stehenden Elementen aus ähnlichem Materialien gebildet sind.
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Ein besonders einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung ist möglich, wenn der Schlitten starr mit dem Mitnehmer gekoppelt ist. Der Schlitten umfasst dabei zumindest einen Piezoaktor, der insbesondere mit der Antriebsführungsschiene zusammenwirkt. Der Piezoaktor oder die Piezoaktoren sind vorteilhaft in einem Gehäuse angeordnet, dass die Piezoaktoren vor Umwelteinflüssen schützt und gleichzeitig die unter Umständen hohen Spannungen im Bereich von einigen 10 bis einigen 100 Volt, die zum Betrieb von Piezoaktoren genutzt werden, abschirmt. Daneben kann das Gehäuse derart ausgebildet sein, dass es die beim Betrieb des Linearantriebs erzeugten Geräusche dämpft. Der Schlitten kann auch Führungselemente umfassen, die die Position des Schlittens bezüglich der Antriebsführungsschiene derart festlegen, dass nur eine lineare Bewegung des Schlittens entlang der Schiene möglich ist. In der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung ist es jedoch auch möglich, dass Teile der Führungsaufgaben durch die Kopplung des Schlittens über den Monitor an die Kulissenführung erfüllt werden, weshalb die Führungselemente am Schlitten nicht notwendigerweise alle weiteren Bewegungsfreiheitsgrade einschränken müssen.
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Es ist möglich, dass der Mitnehmer und/oder die Führungselemente direkt an einem Gehäuse, das die Piezoaktoren umschließt, angeordnet sind und insbesondere einteilig mit zumindest einem Teil dieses Gehäuses ausgebildet sind. Es ist aber auch möglich, dass die Führungselemente und/oder der Mitnehmern durch ein Befestigungselement, beispielsweise eine Verschraubung, mit den weiteren Elementen des Schlittens verbunden sind.
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Um die lineare Bewegung des Verstellantriebs in eine Schwenkbewegung des Monitors umzusetzen, ist es vorteilhaft, wenn der Monitor, vorzugsweise über einen Arm, mit dem Mitnehmer schwenkbar gekoppelt ist. Dabei ist es insbesondere möglich, dass der Arm schwenkbar mit dem Mitnehmer gekoppelt ist, beispielsweise in dem Arm und Mitnehmer durch eine Achse gekoppelt sind, und der Arm starr mit dem Monitor gekoppelt ist. Vorzugsweise ist der Monitor um genau eine Schwenkachse schwenkbar, die insbesondere ortsfest bezüglich des Mitnehmers ist.
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Es ist möglich, dass die Kulissenführung durch wenigstens eine starr mit dem Monitor gekoppelte Kulissenführungsschiene und wenigstens einen ortsfest mit dem feststehenden Teil der Anzeigeeinrichtung gekoppelten Gleitstein gebildet ist, oder dass die Kulissenführung durch wenigstens einen ortsfest mit dem Monitor gekoppelten Gleitstein und wenigstens eine starr mit dem feststehenden Teil der Anzeigeeinrichtung gekoppelte Kulissenführungsschiene gebildet ist. Dabei kann der Gleitstein insbesondere selbst relativ zur Führungsschiene rotierbar sein oder der Gleitstein kann ortsfest und rotierbar mit dem Monitor bzw. dem feststehenden Teil gekoppelt sein.
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Um eine stabile und zuverlässige Führung zu erreichen ist es vorteilhaft, wenn die Kulissenführung durch zwei Kulissenführungsschienen und zwei Gleitsteine gebildet ist, wobei insbesondere der Monitor seitlich an beiden Seiten durch jeweils einen Gleitstein und eine Kulissenführungsschiene geführt ist.
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Durch die Nutzung einer Kulissenführung ist es möglich der Ausfahrbewegung des Monitors eine nahezu beliebige Form aufzuprägen. So ist es durch die Ausbildung der Kulisse möglich zu bestimmen, in welchem Verhältnis eine Vorwärtsbewegung des Monitor zu einer Kippbewegung des Monitors steht. Es ist auch möglich beispielsweise ein wellenförmiges Ausfahren oder Ähnliches zu erreichen. Insbesondere wenn der Monitor nur um eine bezüglich des Mitnehmers ortsfeste Achse schwenkbar ist, schränkt dies die Möglichkeiten der Form der Kulissenführung jedoch stark ein. Daher kann es vorteilhaft sein, wenn die Antriebsführungsschiene um eine bezüglich eines feststehenden Teils der Anzeigevorrichtung ortsfeste Schwenkachse schwenkbar mit dem feststehenden Teil der Anzeigeeinrichtung gekoppelt ist. Der feststehende Teil der Anzeigeeinrichtung ist starr mit einem Teil des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Armaturenbrett gekoppelt. Für eine Vielzahl der möglichen Kulissenführungen kann auch die Antriebsführungsschiene starr mit dem Kraftfahrzeug gekoppelt sein. Wird eine schwenkbare Kopplung der Antriebsführungsschiene mit dem feststehenden Teil der Anzeigeeinrichtung vorgesehen, so ist es möglich, beabstandet von der Schwenkachse ein elastisches Element vorzusehen, das in Abwesenheit weiterer Kräfte die Antriebsführungsschiene in eine vorgegebene Position zurückführt.
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Vorteilhaft kann die Antriebsführungsschiene oder ein mit der Antriebsführungsschiene verbundenes Kodierelement eine Markierung zur Ortskodierung aufweisen und am Schlitten kann ein Sensor zur Erfassung der Ortskodierung vorgesehen sein, wobei die Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Verstellantriebs in Abhängigkeit der erfassten Ortskodierung ausgebildet ist. Der Sensor kann insbesondere ein optischer Sensor, beispielsweise eine Kamera mit einer zugeordneten Bilderkennungseinrichtung sein. Die Ortskodierung des Kodierelements bzw. der Antriebsführungsschiene kann insbesondere durch Lasermarkierung erfolgen. Insbesondere bei Metallelementen können durch Laserbearbeitung, insbesondere durch Laserschneiden, sehr exakt und hoch aufgelöst Strukturen in das Metall eingebracht werden. Wird ein Kodierelement als Träger der Ortskodierung genutzt, kann es insbesondere starr mit der Antriebsführungsschiene verbunden sein.
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Durch die Erfassung und Auswertung einer Ortskodierung kann stets ermittelt werden, in welcher Position sich der Linearantrieb und damit der Monitor befindet. Durch Auswertung mehrerer zeitlich aufeinanderfolgend erfasster Ortskodierungen kann zudem eine momentane Bewegungsgeschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Schlittens bestimmt werden. Da es wie eingangs erwähnt leicht möglich ist, die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des Schlittens eines piezobasierten Linearmotors festzulegen, beispielsweise indem eine analoge Steuerspannung oder die Pulsbreite eines Steuersignals für eine Treibereinrichtung entsprechend angepasst wird, ist es vorteilhaft, eine geregelte Bewegungssteuerung in Abhängigkeit der erfassten Ortskodierung durchzuführen. Dabei kann die Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Verstellantriebs in Abhängigkeit einer vorgegebenen Soll-Position und/oder Soll-Geschwindigkeit und einer aus der erfassten Ortskodierung ermittelten Ist-Position und/oder Ist-Geschwindigkeit ausgebildet sein. Dabei ist es insbesondere möglich, dass diese Ansteuerung in Form eines Regelkreises erfolgt, wobei beispielsweise eine Proportional- und/oder Integralregelung erfolgen kann und die Soll-Position und/oder die Soll-Geschwindigkeit als Sollgrößen vorgegeben werden können. Insbesondere kann für die Bewegung von der ersten in die zweite Stellung und für die Bewegung von der zweiten in die erste Stellung jeweils ein zeitlicher Verlauf von Soll-Positionen bzw. Soll-Geschwindigkeiten vorgegeben sein. Damit ist es möglich, eine gewünschte Soll-Bewegung zuverlässig wiederzugeben.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Verlauf der Soll-Positionen und/oder Soll-Geschwindigkeiten anpassbar ist. Dies kann sowohl derart erfolgen, dass die Anpassung durch ein Software-Update durch den Kraftfahrzeughersteller oder einen Servicebetrieb erfolgt, es ist jedoch auch möglich, dass in verschiedenen Betriebsmodi des Kraftfahrzeugs verschiedene Soll-Positionsabläufe genutzt werden, um beispielsweise in einem Sportmodus des Kraftfahrzeugs ein dynamischeres Ausfahren der Anzeigevorrichtung zu ermöglichen oder den Geschwindigkeitsverlauf beim Ausfahren des Bildschirms an Benutzervorlieben anzupassen.
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Die Erkennung und Auswertung einer Ortskodierung kann auch genutzt werden, um äußere Krafteinwirkungen zu erkennen. Wie eingangs erwähnt kann es durch die Benutzung eines piezobasierten Linearantriebs möglich sein, den Monitor durch äußere Krafteinwirkungen zu bewegen, ohne dass die Mechanik der Anzeigeeinrichtung oder der Linearantrieb beschädigt werden. Dennoch ist es vorteilhaft, wenn bei äußeren Krafteinwirkungen auf den Monitor oder einem Blockieren der Verstellung des Monitors der Monitor in die erste Stellung zurückfährt, in der er besser vor äußeren Einwirkungen geschützt ist. Äußere Krafteinwirkungen auf den Bildschirm werden beispielsweise durch spielende Kinder in einem abgestellten Kraftfahrzeug, verrutschende Gegenstände auf dem Armaturenbrett oder Fehlbedienungen erzeugt. Es ist daher möglich, dass die Steuereinrichtung zum Erkennen einer Blockade des Verstellantriebs und/oder einer Änderung der Monitorposition durch äußere Krafteinwirkung durch Auswertung der Ist-Position und/oder Ist-Geschwindigkeit und zur Ansteuerung des Verstellantriebs zur Bewegung des Monitors in die erste Stellung bei Erkennung einer Blockade oder einer Änderung der Monitorposition durch äußere Krafteinwirkung ausgebildet ist.
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Wird eine Änderung der Monitorposition durch äußere Krafteinwirkung durch Erfassen und Auswerten der Ortskodierung erkannt, so kann die äußere Krafteinwirkung typischerweise erst dann erkannt werden, wenn bereits eine makroskopische Bewegung des Monitors erfolgt, das heißt, wenn die äußere Krafteinwirkung so groß ist, dass die Selbsthemmung des piezobasierten Linearantriebs überwunden ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Steuereinrichtung zur Auswertung einer an dem Piezoaktor ausfallenden Spannung zur Erkennung einer äußeren Krafteinwirkung auf den Monitor ausgebildet ist. Wird eine äußere Kraft auf den Monitor ausgeübt, so wird diese über den Mitnehmer auf den Verstellantrieb übertragen. In der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung ist der Verstellantrieb ein piezobasierter Linearantrieb. Bei einem selbsthemmenden piezobasierten Linearantrieb wird bei Ausübung einer Kraft auf den Schlitten, der Piezoaktor, der mit der Antriebsführungsschiene zusammenwirkt, verformt. Typischerweise erfolgt diese Verformung in Form einer Scherbewegung. Verformungen an einem Piezoaktor führen jedoch zu einem Spannungsabfall am Piezoaktor, der durch die Steuereinrichtung oder eine separate Messeinrichtung erfasst werden kann. Insbesondere kann eine Treibereinrichtung zur Messung der abfallenden Spannung genutzt werden. Diese Spannung kann beispielsweise durch eine Analog-Digital-Wandlung ausgelesen werden, es ist jedoch auch möglich, dass analoge Komparatoren für diese Spannung vorgesehen sind oder Ähnliches. Durch die Auswertung von am Piezoaktor abfallenden Spannungen können bereits sehr kleine Bewegungen in einem Bereich von weniger als einem Mikrometer erkannt werden. Um Fehlerkennungen von äußerer Krafteinwirkung, beispielsweise durch leichte Vibrationen im Fahrbetrieb oder Ähnliches, zu verhindern, ist es möglich, die ermittelten Spannungen analog oder digital zu filtern oder einen relativ hohen Grenzwert für die Spannungen fest zu legen.
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Die Auswertung der am Piezoaktor abfallenden Spannung erlaubt also insbesondere eine Erkennung von Missbrauchsereignissen. Es ist daher vorteilhaft, wenn bei Erkennung einer äußeren Krafteinwirkung, die einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, die Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Verstellantriebs zur Bewegung des Monitors in die erste Stellung ausgebildet ist.
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Neben einer Nutzung zur Missbrauchserkennung ist es auch möglich, die Auswertung der am Piezoaktor abfallenden Spannung zu nutzen, um den Monitor selbst als Bedienelement zu nutzen. So kann ein Druck auf den Monitor in der ersten Stellung und damit eine Ermittlung einer abfallenden Spannung an dem Piezoaktor als Bedieneingabe interpretiert werden und der Monitor kann in die zweite Stellung verstellt werden. Ebenso kann die Steuereinrichtung bei Detektion einer abfallenden Spannung am Piezoaktor in der zweiten Stellung den Verstellantrieb zur Bewegung des Monitors in die zweite Stellung ansteuern.
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Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass an dem Bildschirm ein Berührungssensor vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung bei Erkennung einer Betätigung des Berührungssensors zur Ansteuerung des Verstellantriebs zur Bewegung des Monitors von der ersten in die zweite Stellung und/oder von der zweiten in die erste Stellung ausgebildet ist.
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Der Berührungssensor kann an der Oberseite des Monitors vorgesehen sein, die im Einbauzustand in der ersten und der zweiten Stellung des Monitors freiliegt und für einen Benutzer zugänglich ist.
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Zudem kann der Berührungssensor eine Taste oder ein kapazitiver oder resistiver Berührungssensor sein. Ein resistiver Berührungssensor kann insbesondere auch durch zwei leitende Elemente an der Oberseite des Monitors gebildet werden, die durch den Finger eines Benutzers verbunden werden.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine der obig beschriebenen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung umfasst.
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Die weiteren Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 ein Cockpit eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung, wobei der Monitor in der ersten Stellung ist,
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3 die in 2 gezeigte Anzeigeeinrichtung, wobei der Monitor in der zweiten Stellung ist,
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4 den Verstellantrieb der Anzeigeeinrichtung aus 2,
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5 eine Detailansicht einer Antriebsführungsschiene eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung,
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6 eine geschnittene Ansicht einer Antriebsführungsschiene eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung,
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7 eine Detailansicht der Anzeigeeinrichtung aus 2,
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8 eine Detailansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung,
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9 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus 8 und
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10 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung.
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1 zeigt ein Cockpit eines Kraftfahrzeugs mit einer einfahrbaren Anzeigeeinrichtung 1, die an dem Armaturenbrett 2 angeordnet ist. Die Anzeigeeinrichtung 1 kann genutzt werden, um Navigationsinformationen, Medieninformationen, Fahrzeugparameter und Ähnliches darzustellen. Beim Betrieb des Kraftfahrzeugs ist die Anzeigeeinrichtung 1 typischerweise in der gezeigten ersten Stellung, in der auf dem Monitor dargestellte Inhalte für den Fahrer und weitere Passagiere sichtbar sind. Beim Abstellen des Kraftfahrzeugs bzw. beim Deaktivieren aller Anzeigefunktionen wird die Anzeigeeinrichtung 1 in die zweite Stellung verbracht. In der zweiten Stellung ist die Anzeigeeinrichtung 1 nahezu vollständig im Armaturenbrett 2 versenkt. Das Ein- und Ausfahren der Anzeigeeinrichtung 1 schützt den Bildschirm und verleiht dem Kraftfahrzeug ein wertigeres Ambiente.
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2 und 3 zeigen eine Anzeigeeinrichtung 1 im nicht eingebauten Zustand, wobei der Monitor 3 in 2 in der ersten Stellung ist und in 3 in der zweiten Stellung. Der Monitor 3 ist über einen Arm 10 und die Achse 14 mit dem Mitnehmer 4 gekoppelt. Damit ist der Arm 10 und der starr mit Arm 10 verbundene Bildschirm 3 um die Achse 14 drehbar. Der Mitnehmer 4 ist starr mit dem Verstellantrieb verbunden, der als piezobasierter Linearantrieb ausgeführt ist. Der piezobasierte Linearantrieb umfasst einen Schlitten 5 und eine Antriebsführungsschiene 6. Im Schlitten 5 sind mehrere Piezoaktoren angeordnet, die im unbestromten Zustand zumindest teilweise reibschlüssig mit der Antriebsführungsschiene 6 verbunden sind. Bei einer entsprechenden Bestromung durch die nicht gezeigte Steuereinrichtung werden die Piezoaktoren im Schlitten 5 resonant derart zu Schwingungen angeregt, dass sich Schlitten 5 entlang Antriebsführungsschiene 6 bewegt. Die Bewegungsgeschwindigkeit hängt hierbei von der Amplitude der Anregung ab und die Bewegungsrichtung von der relativen Phase der Ansteuerung der Piezoaktoren.
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Am Schlitten 5 ist zudem ein Sensor 11 vorgesehen, der als Kamera ausgebildet ist. Mit Sensor 11 werden nicht gezeigte Markierungen auf dem Kodierelement 12 erfasst. Durch Auswertung der Sensordaten durch die Steuereinrichtung kann ermittelt werden, in welcher Position sich der Schlitten 5 relativ zum Kodierelement 12 und damit relativ zur starr mit dem Kodierelement 12 verbundenen Antriebsführungsschiene 6 befindet. Durch Auswertung der aktuellen Sensordaten kann die Steuereinrichtung stets die Ist-Position des Schlittens 5 ermitteln. Werden auch zeitlich zurückliegende Sensorinformationen berücksichtigt, so kann die Steuereinrichtung auch eine momentane Ist-Geschwindigkeit des Schlittens 5 ermitteln. Die Steuereinrichtung kann damit die Piezoaktoren genau so ansteuern, dass eine gewünschte Ist-Position und/oder Ist-Geschwindigkeit erreicht wird.
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In der gezeigten Anzeigeeinrichtung soll der Monitor 3 nicht nur entlang der Richtung der Antriebsführungsschiene verschoben werden, sondern der Monitor 3 soll auch seine Orientierung ändern. Damit wird ein Ausfahren und gleichzeitiges Aufstellen des Monitors erreicht. Hierzu ist neben der Führung des Monitor 3 durch die Kopplung an den Mitnehmer 4 eine zusätzliche Führung des Monitors 3 an wenigstens einem zweiten Punkt notwendig. Diese zusätzliche Führung wird durch die Kulissenführungsschienen 9, die beidseitig am Bildschirm 3 angeordnet sind und den Gleitstein 8, der über die Achse 15 ortsfest und rotationsfrei mit dem ortsfesten Element 7 verbunden ist, gebildet.
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Die Funktion dieser zweiten Führung ergibt sich aus einem Vergleich der ersten Stellung des Monitors 2 in 2 und der zweiten Stellung in 3. Bewegt sich der Schlitten 5 aufgrund einer Ansteuerung durch die Steuereinrichtung von der in 2 gezeigten Stellung nach rechts in Richtung der in 3 gezeigten Stellung, so würde ohne die zweite Führung der Monitor 3 ebenfalls geradlinig nach rechts verschoben. Dies wird jedoch durch die Kulissenführung verhindert. Der Gleitstein 8 ist auf der Kulissenführungsschiene 9 zwar frei verschiebbar, er hintergreift Kulissenführungsschiene 9 jedoch und kann sich damit nicht von Kulissenführungsschiene 9 lösen. Da der Gleitstein 8 zwar rotierbar aber ortsfest ist, wird die Position des Teils der Kulissenführungsschiene 9, der sich auf der Höhe des Gleitsteins 8 befindet, in Richtung der Antriebsführungsschiene 6 durch die Kulissenführung vorgegeben. Damit führt ein Verschieben des Schlittens 5 nach rechts zunächst dazu, dass der Monitor 3 aufgestellt wird. Sobald der Monitor 3 vollständig aufgestellt ist, führt eine weitere Bewegung des Schlittens 5 nach rechts zu einer weiteren Rotation des Monitors 3 um die Rotationsachse 15. Damit wird in der in der 3 gezeigten zweiten Stellung eine für den Betrachter komfortable leicht geneigte Stellung des Monitors 3 erreicht.
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An der Oberseite des Monitors 3 ist ein kapazitiver Berührungssensor 13 vorgesehen. Ein Berühren des kapazitiven Berührungssensors 13 in der ersten Stellung führt zu einer Ansteuerung des Verstellantriebs durch die Steuereinrichtung derart, dass der Monitor 3 in die zweite Stellung verbracht wird und umgekehrt.
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4 zeigt eine Detailansicht des Verstellantriebs der in 3 und 4 gezeigten Anzeigeeinrichtung. Hier ist klar zu erkennen, dass der Schlitten 5 auf der Antriebsführungsschiene 6 aufliegt und durch sie geführt ist. Ein Verkippen des Schlittens 5 wird im Einbauzustand zudem dadurch verhindert, dass auf die Oberseite 18 des Schlittens 5 ein Mitnehmer 4 aufgebracht ist, der den Schlitten 5 mit dem Monitor 3 und damit mit der Kulissenführung koppelt. Um bessere Bewegungseigenschaften für den piezobasierten Linearantrieb zu erreichen, ist die Antriebsführungsschiene 6 im Bereich, der durch den Schlitten 5 überstrichen wird, aus Keramik 16 gebildet. Da die in Schlitten 5 enthaltenen Piezoaktoren koordinierte Klemm- und Scherbewegungen auf der Keramikoberfläche durchführen und das Material der Piezoaktoren selbst ebenfalls eine Keramik ist, werden besonders gute Reibwerte zwischen diesen Materialien und eine geringe Materialabnutzung erreicht. Hohe Reibwerte zwischen den Keramiken erlauben zum einen eine Bewegung des Verstellantriebs mit größeren Kräften, zum anderen ist der Verstellantrieb auch bis zu größeren Kräften selbsthemmend.
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In der gezeigten Schrägansicht sind auch die Markierungen 17 des Kodierelements 12 dargestellt, die durch den Sensor 11 erfasst werden können. In der gezeigten Ausführungsform sind alle Markierungen 17 gleich, weshalb die Steuereinrichtung bei der Auswertung der Sensordaten nur eine Relativbewegung zu einer Anfangsposition erfassen kann. Eine Anfangsposition kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass der Schlitten 5 bis zu einer Anschlagposition verfahren wird. Da keine weitere Bewegung der Piezoaktoren möglich ist, kann anhand der an den Piezoaktoren abfallenden Spannungen beim Versuch der Bewegung festgestellt werden, ob der Schlitten sich an einem Anschlag befindet. Es ist auch möglich, eine andersartige Markierung an einem der beiden Anschlagpunkte oder an einer anderen Position vorzusehen, so dass die Absolutposition des Schlittens 5 bezüglich der Antriebsführungsschiene 6 festgelegt werden kann. Daneben ist es auch möglich, die Markierungen 17 unterschiedlich zu gestalten.
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Die Verbindungen zwischen der Antriebsführungsschiene 6 und dem Kodierelement 12 sowie zwischen dem in 4 gezeigten Verstellantrieb und den weiteren starr mit diesem verbundenen Elementen der Anzeigeeinrichtung wird durch Schraubverbindungen 19 hergestellt.
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5 zeigt eine Detailansicht einer Antriebsführungsschiene 6 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Anzeigeeinrichtung. Die Antriebsführungsschiene 6 ist hier nahezu vollständig aus einer Metallstrebe 20 gebildet. Diese Metallstrebe 20 ist an zwei Seitenflächen mit einer Keramikschicht 16 versehen, die mit der Metallstrebe 20 verklebt ist. Die Nutzung von Antriebsführungsschienen aus verschiedenen Materialien kann vorteilhaft sein, da beispielsweise Metallbauteile oder Plastikbauteile häufig leichter zu verarbeiten sind als Keramiken. Maschinenverarbeitbare Keramiken sind zudem typischerweise sehr teuer. Da in der Anzeigeeinrichtung nur die Eigenschaft der Keramik wesentlich ist, eine Oberfläche mit bestimmten Eigenschaft bereitzustellen, kann durch die Nutzung von Materialkombinationen für die Antriebsführungsschiene unter Umständen die Robustheit der Anzeigeeinrichtung verbessert und der Herstellungspreis der Anzeigeeinrichtung gesenkt werden. Ergänzend wird durch die bessere Bearbeitbarkeit von Metall erleichtert, eine Ortskodierung direkt auf der Antriebsführungsschiene anzubringen.
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6 zeigt eine Antriebsführungsschiene 6 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Anzeigeeinrichtung. In der geschnittenen Ansicht ist zu erkennen, dass der Kern der Antriebsführungsschiene 6 wie im in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel aus Metall gebildet ist. Um diesen Metallkern ist eine Keramikhülse 16 angeordnet, die die Metallstrebe 20 auf drei Seiten umgibt. Die Verbindungselemente 21 zwischen Keramik 16 und Metallstrebe 20 sind durch Noppen bzw. Vertiefungen gebildet, die einen festen Sitz der Keramik 16 auf der Metallstrebe 20 ermöglichen. Auf der Oberseite der Metallstrebe 20 sind zudem Markierungen 22 angebracht, die eine Ortskodierung darstellen.
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7 zeigt eine Detailansicht der in 2 und 3 gezeigten Anzeigevorrichtung, die die Kulissenführung des Monitors 3 zeigt. Monitor 3 ist beidseitig geführt. Die seitlichen Kulissenführungsschienen 9 werden von den Gleitsteinen 8 umfasst und sind in der gezeigten Stellung der Gleitsteine 8 senkrecht zur Bildebene durch diese verschiebbar. Die Gleitsteine 8 sind ortsfest, jedoch um die Achse 15 rotierbar, mit dem ortsfesten Element 7 verbunden. Durch die gezeigte Art der Kulissenführung wird die in 2 und 3 gezeigte Verkippung des Monitors 3 bei einer Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Stellung erreicht.
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8 zeigt eine weitere Möglichkeit der Kulissenführung des Monitors 3. Hier sind im unteren Abschnitt des Monitors 3 zwei vorspringende Abschnitte ausgebildet, die die Gleitsteine 23 bilden. Die Gleitsteine 23 sind in der Kulissenführungsschiene 24 geführt, die starr mit dem feststehenden Teil der Anzeigeeinrichtung verbunden ist. Die Gleitsteine 23 sind hier achsenförmig ausgeführt, so dass der Monitor 3 um die Achse, auf der die Gleitsteine 23 liegen, bezüglich der Kulissenführungsschiene 24 rotierbar ist. Während bei der in 7 gezeigten Form der Kulissenführung des Monitors 3 die Rotationsachse 15 während einer Bewegung des Monitors 3 von der ersten in die zweite Stellung relativ zum Monitor 3 verschoben wird bleibt in 8 die Rotationsachse ortsfest bezüglich des Monitors 3.
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Sowohl in der Ausführungsform der Kulissenführung nach 7 als auch in der Ausführungsform nach 8 wird die Form der Bewegung des Monitors 3 von der ersten in die zweite Stellung durch die Führung der Kulissenführungsschiene 9 bzw. 24 vorgegeben. Wesentlicher Unterschied ist, dass die Kulissenführungsschiene 9 in 7 starr mit dem Monitor verbunden ist und die Kulissenführungsschiene 24 in der Ausführungsform nach der 8 starr mit dem feststehenden Teil der Anzeigeeinrichtung verbunden ist. Aufgrund der unterschiedlichen Führungen ist bei einer Kulissenführung gemäß der Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, für eine Bewegung die der Bewegung des Monitors zwischen erster und zweiter Stellung in 2 und 3 ähnelt, eine andere Form der Kulissenführungsschiene 24 notwendig. Die Form einer solchen Kulissenführungsschiene ist schematisch in 9 gezeigt. Dort ist schematisch eine Antriebsführungsschiene 26 und eine Kulissenführungsschiene 24 gezeigt. Da der nicht gezeigte Mitnehmer starr mit der Antriebsführungsschiene 26 gekoppelt ist und der Bildschirm hier um eine Achse, die senkrecht zur Bildebene steht, schwenkbar und ansonsten starr mit dem Schlitten verbunden ist, ist der Abstand zwischen dem ortsfest am Monitor 3 angeordneten Gleitstein 23 und der Position der Antriebsführungsschiene 26 an der sich der Mitnehmer befindet, während der Bewegung konstant. Dies führt dazu, dass bei einer Bewegung des Schlittens entlang der Antriebsführungsschiene 26 nach rechts auch Gleitstein 23 in der Kulissenführungsschiene 24 nach rechts bewegt wird und damit der Monitor nicht nur bewegt, sondern auch verkippt wird. Die Ausrichtung des Monitors an den verschiedenen mit Pfeilen 25 markierten Positionen des Mitnehmers ist durch die gestrichelten Linien 27 markiert.
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Die Form der Antriebsführungsschiene 24 bzw. 9 kann unterschiedlich gestaltet werden, um verschiedene Bewegungsmuster für den Monitor zu ermöglichen. Insbesondere wenn der Monitor jedoch abgesehen von einer Schwenkmöglichkeit starr mit dem Mitnehmer und damit dem Schlitten gekoppelt ist, steht nur ein Bewegungsfreiheitsgrad zur Gestaltung der Bewegung zur Verfügung. Dies schränkt die Formgebung der Kulissenführungsschiene 9 bzw. 24 ein.
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10 zeigt eine Detailansicht eines Ausführungsbeispiels einer Anzeigeeinrichtung, bei der die Antriebsführungsschiene 28 um eine Achse 29 rotierbar mit dem feststehenden Teil 30 der Anzeigeeinrichtung verbunden ist. Damit wird insbesondere für Situationen, in denen der Schlitten 31 entlang der Antriebsführungsschiene 28 von der Achse 29 ausreichend weit beabstandet ist, ein zusätzlicher Bewegungsfreiheitsgrad für den Monitor ermöglicht. Neben der Kippbewegung des Monitors, die dadurch ermöglicht wird, dass der am Schlitten 31 angeordnete Mitnehmer 32 über eine Achse 34 mit dem Arm 33 verbunden ist, ist nun auch eine Verschiebung des Monitors in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Antriebsführungsschiene steht, möglich. Es ist dabei insbesondere möglich, dass die Antriebsführungsschiene 28 an einer zweiten Position, die von der Achse 29 in Antriebsführungsschienenrichtung beabstandet ist elastisch, beispielsweise durch eine Feder, gelagert ist, so dass für den zweiten Bewegungsfreiheitsgrad des Monitors stets eine Rückstellkraft zu einer Gleichgewichtsposition gegeben ist.
