DE102015100629B4

DE102015100629B4 - Bedienelement mit haptischem und akustischem Feedback bei verbesserter akustischer Ankopplung

Info

Publication number: DE102015100629B4
Application number: DE102015100629.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Bodenstein; Dirk Erdloff
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Audi AG; Preh GmbH
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-01-17
Also published as: CN205596340U; DE102015100629A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement (1), aufweisend:
einen Träger (13);
ein Betätigungsteil (3), welches eine berührempfindliche Eingabefläche (4) definiert, wobei das Betätigungsteil (3) beweglich in einer Bewegungsrichtung (15) am Träger (13) gelagert ist;
einen Aktor (14) zur Bewirkung einer Bewegung in Bewegungsrichtung (15) des Betätigungsteils (3) relativ zum Träger (13) zur Bereitstellung eines haptischen Feedbacks;
einen akustischen Wandler (10) zur Erzeugung eines akustischen Feedbacks, der am Träger (13) unter dem Betätigungsteil (3) angeordnet ist;
eine zwischen dem akustischen Wandler (10) und dem Betätigungsteil (3) angeordnete Zwischenschicht (5), die den Träger (13) wenigstens teilweise abdeckt und die einen in Richtung des Betätigungsteils (3) vorstehenden Kanal (6) ausbildet, der sich von einem über dem akustischen Wandler (19) angeordneten Durchbruch (8) der Zwischenschicht (5) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement mit einem bewegbar gelagerten Betätigungsteil und einem Aktor, um das Betätigungsteil zum Zweck der Erzeugung eines haptischen Feedbacks anzutreiben. Ferner ist ein akustischer Wandler zur Erzeugung eines akustischen Feedbacks vorgesehen. Derartige Bedienelemente unterliegen dem allgemeinen Bedürfnis Bauraum und Gewicht zu sparen. Gleichzeitig soll der Eindruck bestehen bleiben, dass haptisches und akustisches Feedback scheinbar vom selben Ort stammen, so dass eine benachbarte Anordnung des akustischen Wandlers und des Betätigungsteils angestrebt ist. Dies beeinträchtigt aber in der Regel gleichzeitig die abgestrahlte Schallleistung und/oder schafft insoweit Probleme, dass der für Abstrahlung des Schalls notwendige wenigstens eine Durchbruch die Gefahr des Eindringens von Schmutz und Flüssigkeiten mit sich bringt.
Die DE 10 2008 046 102 A1 offenbart ein Bedienelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es besteht daher Bedarf nach einem Bedienelement mit akustischem und haptischem Feedback, welches trotz hoher Integrationsdichte eine ausreichende Schallleistung bereitstellt und insbesondere vor dem Eindringen von Schmutz und Flüssigkeiten geschützt ist. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft ein Bedienelement welches einen Träger und ein Betätigungsteil umfasst. Das Betätigungsteil weist eine berührempfindliche Eingabefläche auf. Die Eingabefläche kann eine gekrümmte oder eine ebene Fläche sein. Das Betätigungsteil ist am Träger beweglich gelagert. Hinsichtlich des durch die Beweglichkeit sich ergebenden Freiheitsgrads ist das erfindungsgemäße Bedienelement nicht eingeschränkt. Beispielsweise ist eine im Wesentlichen senkrecht zu der von der Eingabefläche definierten Ebene vorgesehen. Bevorzugt ist Betätigungsteil im Wesentlichen parallel zu der von der Eingabefläche aufgespannten Ebene schiebebeweglich in einer Bewegungsrichtung am Träger gelagert. Bei einer gekrümmten Eingabefläche wird beispielsweise die besagte die Bewegungsrichtung definierende Ebene durch den Außenumfang der Eingabefläche, auch Bedienoberfläche oder Berühroberfläche genannt, definiert. Bevorzugt handelt es sich bei dem Betätigungsteil mit berührempfindlicher Eingabefläche um ein Touchpad oder ein Touchdisplay. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine rein translatorische Bewegung des Betätigungsteils gegenüber dem Träger vorgesehen, wie es sich beispielsweise durch eine schwimmenden Lagerung ergibt. Die zur Eingabefläche parallel angetriebene Bewegung des Betätigungsteils hat den Vorteil, dass bei Anregung durch den Aktor die vergleichsweise große Eingabefläche nicht als eine einer Lautsprechermembran entsprechende schallabstrahlende Fläche in Erscheinung tritt.
Es können ferner optionale mechanische Rückstellkräfte, wie auf der Gravitation oder durch Magnetkräfte beruhende oder durch elastische Verformung hervorgerufene Kräfte wirksam sein, um die selbstständige, d. h. ohne Aktivierung des nachfolgend beschriebenen Aktors bewirkte Rückstellung in eine der Auslenkung zeitlich vorhergehende Ruhestellung zu bewirken. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist eine freie und damit sich nicht selbstständig in eine Ruhestellung zurückstellende Beweglichkeit des Betätigungsteils vorgesehen.
Um eine motorische Bewegung des Betätigungsteils in Richtung seines Freiheitsgrads zu bewirken ist erfindungsgemäß ein Aktor zur Bewirkung einer Bewegung in Bewegungsrichtung des Betätigungsteils relativ zum Träger vorgesehen. Die motorische Bewegung dient der Bereitstellung eines haptischen Feedbacks, beispielsweise durch einen Bewegungsimpuls in einer ersten Bewegungsrichtung gefolgt durch eine Rückbewegung in umgekehrte Bewegungsrichtung, wobei diese Rückbewegung nicht zwingend durch den Aktor bewirkt sein muss.
Das erfindungsgemäße Bedienelement ist hinsichtlich des Aktors nicht eingeschränkt. Beispielsweise handelt es sich um einen elektromagnetischen Aktor.
Das erfindungsgemäße Bedienelement weist einen akustischen Wandler zur Erzeugung eines akustischen Feedbacks auf, der am Träger unter dem Betätigungsteil angeordnet ist. Bevorzugt ist die Hauptausbreitungsrichtung der Schallabstrahlung des akustischen Wandlers in Richtung des Betätigungsteils gerichtet. Bevorzugt handelt es sich um einen elektrodynamischen Lautsprecher.
Erfindungsgemäß ist ferner eine zwischen dem akustischen Wandler und dem Betätigungsteil angeordnete Zwischenschicht vorgesehen. Die Zwischenschicht deckt den Träger wenigstens teilweise ab. Sie bildet ferner einen in Richtung des Betätigungsteils vorstehenden Kanal aus. Der Kanal erstreckt sich von einem über dem akustischen Wandler angeordneten Durchbruch der Zwischenschicht. Er erstreckt sich bevorzugt in Richtung Betätigungsteil.
Der Kanal weist in seinem Verlauf in Richtung Betätigungsteil bevorzugt eine Querschnittsaufweitung auf. Der Kanal mit der Querschnittsaufweitung verbessert durch Impedanzanpassung die Schallabstrahlung und damit den Wirkungsgrad des Lautsprechers.
Beispielsweise bildet der Kanal ein Horn aus, welches einen konusförmigen Schalltrichter definiert, an dessen spitzerem Ende der akustische Wandler in den Schalltrichter abstrahlend angeordnet ist. Eine Ausbildung als Exponentialhorn oder Kugelwellenhorn wäre ebenfalls erfindungsgemäß. Erfindungsgemäß umfasst ist auch eine Ausbildung des Horns als gefaltetes Horn. Im Schallfeld kann zwischen dem Kanal und dem akustischen Wandler eine Vorkammer vorgesehen sein.
Ferner verhindert die Zwischenschicht insbesondere mit ihrem den Kanal umgebenden Bereich einerseits einen akustischen Kurzschluss andererseits sorgt sie wenigstens bereichsweise für einen Schutz des Trägers und der darauf angeordneten elektronischen und/oder mechanischen Komponenten. Indem der Kanal ferner den Durchbruch in der Zwischenschicht umgibt und überragt ist ferner der darunter angeordnete akustische Wandler vor eindringendem Staub und Flüssigkeiten geschützt. Ein derartiger Schutz ist insbesondere bei bewegtem Betätigungsteil erforderlich, da ein Spalt zwischen der Eingabefläche und einer die Eingabefläche regelmäßig umgebenden Blende nicht nur verbleiben muss sondern auch mit der Bewegung, also mit dem haptischen Feedback, variiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Bedienelement ferner eine die berührempfindliche Eingabefläche umgebende Blende auf. Bei dieser Ausführungsform mündet der Kanal in einen Hohlraum, der sich bis zu einem Spalt erstreckt, der zwischen Betätigungsteil und Blende vorgesehen ist, um die beim haptischen Feedback sich ergebende relative Bewegung zwischen Betätigungsteil und Blende zu ermöglichen. Erfindungsgemäß variiert der Spalt, beispielsweise dessen Breite und/oder Form, mit dem haptischen Feedback. Durch diese Ausgestaltung der für das haptische Feedback funktional notwendige Spalt auch zum Schallaustritt verwendet werden. Zusätzliche sonstige Schallaustrittsöffnungen sind entbehrlich.
Bevorzugt erstreckt sich die Zwischenschicht entlang des Betätigungsteils und überragt dieses. Dies hat den Vorteil, dass die Zwischenschicht einen Schutz im Übergangsbereich und Spaltbereich zwischen Betätigungsteil und einer die eingabefläche regelmäßig umgebenden Blende auszubilden vermag, beispielsweise auch in Form einer Labyrinthdichtung, damit das weitere Eindringen von Flüssigkeit und/oder Staub in Richtung Träger zumindest erschwert ist.
Bevorzugt sind die Zwischenschicht und der Kanal einstückig ausgebildet. Beispielsweise sind diese aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt.
Bevorzugt ist die Zwischenschicht samt dem Kanal in einem formgebenden Herstellungsschritt, beispielsweise in einem Spritzgussverfahren, hergestellt.
Zur Vereinfachung der Herstellung weist der Kanal eine konische Querschnittsaufweitung auf.
Bevorzugt bildet die Zwischenschicht fernen einen flüssigkeitsableitenden Ablauf aus. Beispielsweise ist eine am Träger vorbeileitende Ablaufrinne an der Zwischenschicht ausgebildet.
Bevorzugt umfasst der Träger eine Leiterplatte. Auf der Leiterplatte sind beispielsweise ferner ein kapazitiver Kraftsensor und eine Auswertelektronik zur ortsauflösenden Berührdetektion vorgesehen. Die Zwischenschicht deckt ferner die Leiterplatte ganz oder teilweise, beispielweise abgesehen von dem für den akustischen Wandler vorgesehenen Durchbruch vollständig, ab.
Bevorzugt ist der akustische Wandler in SMD-Bauweise ausgeführt. Mittels lötfähiger Anschlussflächen wird der akustische Wandler direkt auf die Leiterplatte durch verlöten montiert. Die zur üblicherweise verwendeten Verfahren zur Durchführung der Oberflächenmontage sind dem Fachmann bekannt.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der akustischen Abstrahlung ist ein Dichtmittel vorgesehen, das angrenzend an die dem Betätigungsteil abgewandte Seite der Zwischenschicht und angrenzend an den Träger und/oder den akustischen Wandler angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Bedienelements in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht der wesentlichen Bestandteile einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1;
2 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1.
1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform 1 des erfindungsgemäßen Bedienelements 1. Es weist einen Träger 13 auf. An dem Träger 13 ist horizontal beweglich ein Betätigungsteil 3 gelagert. Die Lagermittel sind in 1 nicht dargestellt. Zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks ist ein Aktor 14 vorgesehen, der das Betätigungsteil 3 zur Erzeugung des haptischen Feedbacks antreibt. Das Betätigungsteil 3 ist im Wesentlichen ein Touchpad und definiert eine berührempfindliche Eingabefläche 4. Die berührempfindliche Eingabefläche 4 umgebend ist ein Rahmen 2 vorgesehen, der starr am Träger 13 befestigt ist. Der Träger 13 und die Blende 2 definieren einen das Betätigungsteil 3 umgebenden Hohlraum 16. Der Hohlraum 16 ist zum nicht dargestellten Bediener hin aufgrund eines die Eingabefläche umgebenden Spaltes 7 zwischen dem Betätigungsteil 3 und dem Träger 13 beziehungsweise der Blende 2 offen ausgebildet. Der Spalt 7 variiert mit der Bewegung des Betätigungsteils 3 während des haptischen Feedbacks. Zeitgleich oder nahezu zeitgleich mit dem haptischen Feedback wird erfindungsgemäß ein akustisches Feedback erzeugt. Als akustischer Übertragungsraum dient unter anderem der Hohlraum 16. Ferner ist ein elektrodynamischer, in SMD-Bauweise ausgeführter Lautsprecher als akustischer Wandler 10 zur Erzeugung eines Schallsignals als akustisches Feedback vorgesehen. Der akustische Wandler 10 ist auf einer unterhalb des Betätigungsteils 3 angeordneten Leiterplatte 9 verlötet. Seine schallabstrahlende Fläche 11, bzw. Membran und damit die Hauptschallausbreitungsrichtung sind auf das Betätigungsteil 3 gerichtet. Über ein die Membran 11 umgebendes Dichtmittel 12 schließt der Lautsprecher 10 luftdicht mit einer Zwischenschicht 5 aus thermoplastischem Kunststoff ab. Die Zwischenschicht 5 erstreckt sich über die gesamte, vorliegend horizontale, Ausdehnung der Leiterplatte 9 mit der Ausnahme des Durchbruchs 8 für den akustischen Wandler 10. Die Zwischenschicht 5 ist zwischen dem Betätigungsteil 3 und der Leiterplatte 9 angeordnet und dient nicht nur dem mechanischen Schutz der Leiterplatte 9 und der darauf angeordneten Elektronik sondern schützt diese vor Flüssigkeiten und Staub, die über den Spalt 7 in den Hohlraum 16 eindringt. Dazu weist die Zwischenschicht 5 ferner einen den Durchbruch 8 umgebenden und vorstehenden Kanal 6 auf, der das Abfließen von Flüssigkeit über den Durchbruch verhindert und gleichzeitig durch Resonanzverstärkung auch der Verbesserung der Schallabstrahlung des akustischen Wandlers 10 dient. Zur Flüssigkeitsableitung von der Zwischenschicht 5 ist ferner ein Ablauf 17 an dieser ausgebildet, so dass ein flüssigkeitsableitender Kanal 13 ausgebildet ist.
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1, dass sich von der in der 1 gezeigten Ausführungsform insoweit unterscheidet, dass das Dichtmittel 12 unmittelbar angrenzend an die zum Träger 13 gehörige Leiterplatte 9 angeordnet ist. Somit wird eine akustisch wirksame Vorkammer 18 zur Frequenzabstimmung des in den Kanal 6 abgestrahlten Schalls bereitgestellt. Der Kanal 6 weist ferner eine Querschnittsaufweitung zur besseren Impedanzanpassung des Wandlers 10 an das umgebende Schallfeld, hier im Detail ein Horn in Form eines konusförmigen Schalltrichters 6 auf, wobei der Wandler 10 am spitzeren Ende des Horns 6 angeordnet ist.

Claims

Bedienelement (1), aufweisend: einen Träger (13); ein Betätigungsteil (3), welches eine berührempfindliche Eingabefläche (4) definiert, wobei das Betätigungsteil (3) beweglich in einer Bewegungsrichtung (15) am Träger (13) gelagert ist; einen Aktor (14) zur Bewirkung einer Bewegung in Bewegungsrichtung (15) des Betätigungsteils (3) relativ zum Träger (13) zur Bereitstellung eines haptischen Feedbacks; einen akustischen Wandler (10) zur Erzeugung eines akustischen Feedbacks, der am Träger (13) unter dem Betätigungsteil (3) angeordnet ist; gekennzeichnet durch eine zwischen dem akustischen Wandler (10) und dem Betätigungsteil (3) angeordnete Zwischenschicht (5), die den Träger (13) wenigstens teilweise abdeckt und die einen in Richtung des Betätigungsteils (3) vorstehenden Kanal (6) ausbildet, der sich von einem über dem akustischen Wandler (19) angeordneten Durchbruch (8) der Zwischenschicht (5) erstreckt.
Bedienelement (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Kanal (6) in seinem Verlauf in Richtung Betätigungsteil (3) eine Querschnittsaufweitung aufweist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine die berührempfindliche Eingabefläche (4) umgebende Blende (2), wobei der Kanal (6) in einen Hohlraum mündet, der sich bis zu einem Spalt (7) zwischen Betätigungsteil (3) und Blende (2) erstreckt, wobei der Spalt (7) mit dem haptischen Feedback variiert.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (5) sich entlang des Betätigungsteils (3) erstreckt und dieses überragt.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (5) samt Kanal (6) einstückig ausgebildet sind.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (5) samt dem Kanal (6) in einem formgebenden Herstellungsschritt hergestellt ist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanal (6) eine konische Querschnittsaufweitung aufweist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (5) fernen einen flüssigkeitsableitenden Ablauf (17) ausbildet.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (13) eine Leiterplatte (9) umfasst, auf der der akustische Wandler (10) montiert ist und die Zwischenschicht (5) die Leiterplatte (9) ganz oder teilweise abdeckt.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der akustische Wandler (10) in SMD-Bauweise ausgeführt ist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungsteil (3) ein Touchpad oder ein Touchscreen ist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei angrenzend an die dem Betätigungsteil abgewandte Seite der Zwischenschicht (5) und angrenzend an den Träger (13) und/oder den akustischen Wandler (10) ein Dichtmittel (12) angeordnet ist.
Verwendung des Bedienelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug.