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Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung mit wenigstens einer berührungssensitiven Eingabefläche, die für ein haptisches Feedback mit einem elektromagnetischen Aktuator in Bewegung versetzbar ist, wofür der Aktuator eine Aktuatorspule und einen durch Bestromung der Aktuatorspule bewegbaren Anker aufweist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bedienvorrichtung.
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Im Bereich der Bedien- bzw. Eingabevorrichtungen werden oftmals elektromagnetischen Aktuatoren eingesetzt, um eine Schaltfunktion zu ermöglichen. Auch für die Erzeugung von haptischen Effekten bei Bedienelementen können derartige Aktuatoren verwendet werden. Beispielsweise werden bei elektronischen Geräten zunehmend berührungssensitive Eingabeflächen wie Touchpads und Touchscreens verwendet. Dies gilt insbesondere für Mobiltelefone und andere mobile Geräte, aber auch für Benutzerschnittstellen in Kraftfahrzeugen. Über eine berührungssensitive Eingabefläche kann der Benutzer Eingaben vornehmen, um bestimmte Funktionen eines Gerätes oder Kraftfahrzeugs anzusteuern. Dabei kann der Benutzer mit dem Finger eine Stelle auf der Eingabefläche antippen oder auch über einen bestimmten Bereich gleiten. Sensoren ermitteln die Position solcher Berührstellen und auch Bewegungsmuster, wobei beispielsweise eine Matrix aus kapazitiven Sensoren verwendet kann. Die so ermittelten Positionsdaten werden im Wesentlichen einer Recheneinheit übergeben, welche daraus die vom Benutzer gewünschte Funktion ableitet und durchführt.
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Um einem Benutzer dabei eine Rückmeldung zu geben, dass ein Eingabevorgang erfolgreich war und/oder um ihn bei der Orientierung auf einer Eingabefläche zu unterstützen, ist es bekannt, Bedienvorrichtungen mit Mitteln für ein haptisches Feedback zu versehen. Um dieses Feedback zu erzeugen, wird die Eingabefläche kurz in Bewegung versetzt, so dass der Benutzer an seinem Finger eine kurze Vibration verspürt. Diese Bewegung kann je nach Anregung orthogonal oder parallel zur Eingabefläche erfolgen. Ferner können verschiedene Mechanismen verwendet werden, um die Eingabefläche in Bewegung zu versetzen. Hierzu zählen insbesondere piezoelektrische Elemente und die bereits genannten elektromagnetischen Aktuatoren.
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Bei einem elektromagnetischen Aktuator erzeugt ein Stromimpuls in wenigstens einer Spule ein elektromagnetisches Feld, um so einen Anker in Abhängigkeit von der in der Spule angelegten Spannung einen bestimmten Weg zu bewegen. So wird durch den Aktuator eine bestimmte Kraft erzeugt, die für eine Schaltfunktion oder die Anregung einer Fläche einer Bedienvorrichtung genutzt werden kann. Dabei können Flachanker-Aktuatoren und Tauchanker-Aktuatoren eingesetzt werden. Die von einem Flachanker-Aktuator hervorgerufenen Kräfte sind jedoch wesentlich größer als bei einem bauraumgleichen Tauchanker-Aktuator, so dass Flachanker-Aktuatoren oftmals bevorzugt verwendet werden. Insbesondere sind Tauchanker-Aktuatoren bei großen Systemen wie Touchscreens oder Touchpads üblicherweise zu schwach, so dass hier typischerweise Flachanker-Aktuatoren eingesetzt werden.
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Ist eine Bedienvorrichtung ferner relativ groß und schwer, stellt dies an die verwendete Aktuatorik und Mechanik erhöhte Anforderungen. Es wird daher oftmals angestrebt, kleinere Aktuatoren und eine weniger massive Mechanik zu verwenden. Um dies zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, eine Bedienvorrichtung in mehrere sinnvolle, kleinere Untereinheiten aufzuteilen und diese jeweils mit einer eigenen aktiven Haptik zu versehen. Eine solche Vorgehensweise ist insbesondere im Bereich der Bedienvorrichtungen in Kraftfahrzeugen dann sinnvoll, wenn eine Bedienvorrichtung sowohl von einem Fahrer als auch von einem Beifahrer genutzt werden soll. Dies ist beispielsweise bei Mittelkonsolen der Fall, welche jeweils eine linke und rechte Bedieneinheit aufweisen. Die jeweilige Bedieneinheit kann dann vom Fahrer bzw. Beifahrer genutzt werden, um individuelle Einstellungen beispielsweise einer Klimaanlage oder einer Sitzverstellung vorzunehmen. In dieser Mittelkonsole können aber auch Bedienbereiche vorgesehen sein, welche von beiden Personen genutzt werden.
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Werden mehrere Bedieneinheiten mit einer eigenen Haptik in einer Mittelkonsole angeordnet, sollte jedoch die optische Einheit der gesamten Bedienvorrichtung erhalten bleiben. Insbesondere sollte zwischen den einzelnen Bedieneinheiten nur ein sehr kleiner Spalt beispielsweise von weniger als 1 mm vorhanden sein, wobei die Bewegung der einzelnen Bedieneinheiten für ein haptisches Feedback zu berücksichtigen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bedienvorrichtung bereitzustellen, die in wenigstens zwei Bedienbaugruppen unterteilt ist, von denen wenigstens eine Bedienbaugruppe eine berührungssensitive Eingabefläche und einen Aktuator für ein haptisches Feedback an dieser Eingabefläche aufweist, wobei die Bedienvorrichtung unter Einhaltung vorgegebener Spaltmaße einfach zu montieren ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Bedienvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Bedienvorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-7. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 9-13.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung weist wenigstens eine berührungssensitive Eingabefläche auf, die für ein haptisches Feedback mit einem elektromagnetischen Aktuator in Bewegung versetzbar ist. Hierfür weist der Aktuator eine Aktuatorspule und einen durch Bestromung der Aktuatorspule bewegbaren Anker auf. Erfindungsgemäß ist die Bedienvorrichtung in wenigstens zwei Bedienbaugruppen untergeteilt, von denen wenigstens eine Bedienbaugruppe eine berührungssensitive Eingabefläche und einen damit verbundenen Anker aufweist. Die wenigstens zwei Bedienbaugruppen sind dabei in einem Mindestabstand zueinander auf einer gemeinsamen Leiterplatte montiert, welche wiederum mit einem gemeinsamen Trägerteil verbunden ist, wobei die Anker mit Spiel durch die Leiterplatte hindurch ragen. Auf dem Trägerteil ist für eine Bedienbaugruppe mit berührungssensitiver Eingabefläche jeweils eine Aktuatorspule in einem Abstand x zu dem Anker der jeweiligen Bedienbaugruppe angebracht.
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Eine solche Bedienvorrichtung hat den Vorteil, dass mehrere unterschiedliche Bedienbaugruppen auf einer gemeinsamen Leiterplatte und einem gemeinsamen Trägerteil ausgerichtet und so montiert werden können, dass vorgegebene Spaltmaße zwischen den Bedienbaugruppen eingehalten werden. Hierdurch wirkt die Bedienvorrichtung trotz der Unterteilung auch in mehrere Bedienbaugruppen als optische Einheit. Dabei kann auch berücksichtigt werden, dass sich die berührungssensitive Eingabefläche wenigstens einer Bedienbaugruppe für ein haptisches Feedback bewegt.
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Die Einzelkomponenten der Bedienvorrichtung können getrennt voneinander vormontiert und anschließend zusammengebaut werden. Hierzu können alle Komponenten untereinander fest miteinander verbunden werden. Es ist jedoch auch möglich, die Bedienbaugruppen durch die Leiterplatte hindurch mit dem Trägerteil zu verbinden, so dass die Leiterplatte fest zwischen den Bedienbaugruppen und dem Trägerteil gehalten ist. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das gemeinsame Trägerteil daher durch die Leiterplatte hindurch mit den wenigstens zwei Bedienbaugruppen verbunden, insbesondere verschraubt. So muss nur das Trägerteil mit den ausgerichteten Bedienbaugruppen verschraubt werden, wobei die Leiterplatte sandwichartig zwischen den Bedienbaugruppen und dem Trägerteil aufgenommen ist. Dabei kann das Trägerteil bereits mit den Aktuatorspulen für die Aktuatoren der Bedienbaugruppen mit haptischem Feedback versehen sein, während die zugehörigen Anker erst nach Ausrichtung und Fixierung der Bedienbaugruppen in die Bedienvorrichtung eingebracht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Bedienvorrichtung wenigstens zwei Bedienbaugruppen mit jeweils einer berührungssensitiven Eingabefläche und einem damit verbundenen Anker auf. So können zwei Bedienbaugruppen mit einer eigenen Haptik versehen und gleichzeitig zueinander ausgerichtet werden. Neben diesen beiden Bedienbaugruppen können weitere Bedienbaugruppen mit eigener Haptik aber auch Bedienbaugruppen ohne Haptik in die Bedienvorrichtung integriert werden.
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Um die Leiterplatte gegenüber den Bedienbaugruppen auszurichten, weist wenigstens eine Bedienbaugruppe einen Zapfen auf, über welchen die Lage der Leiterplatte gegenüber den Bedienbaugruppen ausgerichtet ist, indem der Zapfen in ein Passloch in der Leiterplatte ragt. Die ungefähre Lage der Leiterplatte gegenüber den Bedienbaugruppen wird durch diesen Verbindungspunkt vorgegeben, die Leiterplatte kann jedoch um den Zapfen gedreht werden, um bestimmte Punkte der Leiterplatte an den Bedienbaugruppen auszurichten. Bei diesen Punkten handelt es sich insbesondere um Durchgangslöcher für die Verschraubungen und/oder um Ausnehmungen zur Durchführung der Anker von den Bedienbaugruppen zu den Aktuatorspulen am Trägerteil.
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Bei der Nutzung von elektromagnetischen Aktuatoren in Bedienvorrichtungen ist es ferner erstrebenswert, Bauraum und Kosten möglichst gering zu halten. Für eine effiziente Nutzung sollte daher der Abstand zwischen Anker und Spulenkern bei einer vorgegebenen Maximalauslenkung minimiert werden. Typischerweise liegt dieser Abstand zwischen 0,1 - 0,8 mm. Im Zusammenhang mit der Abhängigkeit der bei einem Flachanker hervorgerufenen Kraft vom Abstand zwischen Anker und Spule (Kraft/Weg-Kurve) ergibt sich bei der Produktion von Flachanker-Aktuatoren das Problem der genauen Positionierung des Spulenkörpers in Bezug zum Anker. Hierzu muss der Anker in einer bestimmten Position an einer Bedienbaugruppe angebracht werden.
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Um einen Anker gegenüber einer Bedienbaugruppe auszurichten, weist ein Anker in einer Ausführungsform der Erfindung wenigstens ein Verbindungselement auf, welches formschlüssig mit einem korrespondierenden Element an der Bedienbaugruppe verbunden ist. Werden mehrere Bedienbaugruppen mit Aktuatoren in der Bedienvorrichtung verwendet, können die Anker der mehreren Aktuatoren jeweils gegenüber ihren Aktuatorspulen ausgerichtet werden, um für jeden Aktuator eine Vorgabe für einen Abstand zwischen Aktuatorspule und Anker zu erfüllen. Da sich durch die vorherige Ausrichtung der Bedienbaugruppen zueinander und zum Trägerteil jedoch unterschiedliche Abstände zwischen den Aktuatorspulen und Punkten an der jeweiligen Bedienbaugruppe ergeben können, werden an den Bedienbaugruppen vorzugsweise unterschiedliche Anker eingebaut. Insbesondere unterscheiden sich die Anker nur in der Anordnung des wenigstens einen Verbindungselements, während die Anker ansonsten identisch sind. Die unterschiedliche Anordnung von einem oder mehreren Verbindungselementen bewirkt bei Einbau der verschiedenen Anker, dass sich für jeden Anker ein anderer Abstand x zur zugehörigen Aktuatorspule ergibt. Kommt es beim Zusammenbau der Bedienbaugruppen, der gemeinsamen Leiterplatte und dem gemeinsamen Trägerteil zu unterschiedlichen Abständen zwischen den Aktuatorspulen und Punkten an den jeweiligen Bedienbaugruppen, können diese Variationen sehr gut kompensiert werden, indem für jede Bedienbaugruppe mit Aktuator ein zu dem zuvor gemessenen Abstand d passender Anker ausgewählt und eingebaut wird.
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Vorzugsweise sind die Anker dabei als Flachanker in Form von Winkelleisten ausgeführt. Im Einbauzustand eines solchen Flachankers weist die Außenfläche eines ersten Schenkels der Winkelleiste zur zugehörigen Aktuatorspule hin, während das wenigstens eine Verbindungselement an dem zweiten Schenkel vorgesehen ist. Über den zweiten Schenkel ist die Winkelleiste dann mit der Bedienvorrichtung verbunden.
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Die Erfindung umfasst daher auch ein Verfahren zur Herstellung einer Bedienvorrichtung mit wenigstens folgenden Schritten:
- a) Bereitstellung von wenigstens zwei Bedienbaugruppen, von denen wenigstens eine Bedienbaugruppe eine berührungssensitive Eingabefläche und eine Montagestelle zur Anbringung eines Ankers aufweist;
- b) Einbringen der wenigstens zwei Bedienbaugruppen in eine Montagevorrichtung, in welcher die Bedienbaugruppen in einem Mindestabstand zueinander ausgerichtet werden;
- c) Anbringen einer gemeinsamen Leiterplatte auf den wenigstens zwei Bedienbaugruppen, wobei die Leiterplatte wenigstens eine Ausnehmung zur Durchführung eines Ankers aufweist;
- d) Verbinden eines gemeinsamen Trägerteils mit den wenigstens zwei Bedienbaugruppen und der Leiterplatte, wobei an dem Trägerteil für eine Bedienbaugruppe mit berührungssensitiver Eingabefläche jeweils eine Aktuatorspule angebracht ist; und
- e) Montage jeweils eines Ankers an einer Bedienbaugruppe mit berührungssensitiver Eingabefläche, wobei der Anker durch die Ausnehmung in der Leiterplatte geführt und in einem Abstand x zu einer zugehörigen Aktuatorspule des Trägerteils an der jeweiligen Bedienbaugruppe montiert wird.
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Vorzugsweise wird das Trägerteil durch die gemeinsame Leiterplatte hindurch mit den Bedienbaugruppen verschraubt. Ferner kann die Montagevorrichtung nach dem Verbinden des Trägerteils mit den Bedienbaugruppen und der Leiterplatte entfernt werden. Sie dient somit bis zur Verbindung/Verschraubung nur zur Ausrichtung der Bedienbaugruppen, ist jedoch kein Bestandteil der resultierenden Bedienvorrichtung.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Auswahl eines geeigneten Ankers für eine Bedienbaugruppe mit haptischen Feedback in Abhängigkeit von einem zuvor ermittelten Abstand d zwischen einer Aktuatorspule und einem Punkt an der betreffenden Bedienbaugruppe erfolgt. Bei mehreren Bedienbaugruppen mit haptischen Feedback werden unter Umständen verschiedenartige Anker eingebaut, da sich die ermittelten Abstände d für die einzelnen Bedienbaugruppen unterscheiden können. In einer Ausführungsform der Erfindung wird hierfür eine Menge von wenigstens zwei Ankern bereitgestellt, die jeweils wenigstens ein Verbindungselement zur Verbindung des jeweiligen Ankers mit einer Bedienbaugruppe mit berührungssensitiver Eingabefläche aufweisen. Dabei ist das Verbindungselement an den beiden Ankern unterschiedlich angeordnet.
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Nach dem Verbinden des Trägerteils mit den wenigstens zwei Bedienbaugruppen und der Leiterplatte wird der Abstand d zwischen einer Aktuatorspule und einem vorgegebenen Punkt an der zugehörigen Bedienbaugruppe ermittelt. Danach wird ein Anker aus der Menge an Ankern ausgewählt, der bei Verbindung mit der Bedienbaugruppe in einem Ist-Abstand x zu der Aktuatorspule liegt, der einer bestimmten Vorgabe entspricht. Dabei wird der Ist-Abstand x in Abhängigkeit von dem ermittelten Abstand d ermittelt. Der so ausgewählte Anker wird an der zugehörigen Bedienbaugruppe angebracht, wobei der Anker durch eine Ausnehmung in der gemeinsamen Leiterplatte geführt wird.
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Werden in der Bedienvorrichtung mehrere Bedienbaugruppen mit einem Aktuator für ein haptisches Feedback an einer berührungssensitiven Eingabefläche verwendet, wird dieses Verfahren für jede dieser Bedienbaugruppen durchgeführt. So wird für jede Bedienbaugruppe mit einem Aktuator für ein haptisches Feedback ein geeigneter Anker ausgewählt. Der jeweilige Anker ist an den Abstand zwischen Aktuatorspule und einem Punkt an der jeweiligen Bedienbaugruppe angepasst, welcher sich durch die vorherige Ausrichtung der Bedienbaugruppen ergeben hat.
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Insbesondere wird dabei derjenige Anker ausgewählt, der bei Verbindung mit einer Bedienbaugruppe in einem Ist-Abstand x zur zugehörigen Aktuatorspule liegt, welcher größer als ein vorgegebener Soll-Abstand X ist und die geringste Abweichung von diesem Soll-Abstand X aufweist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Soll-Abstand X nicht unterschritten wird. Dieser Soll-Abstand X ist bei Berücksichtigung der Maximalauslenkung des Flachankers möglichst klein gewählt und liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 - 0,8 mm. Noch übrigbleibende Toleranzen können mittels einer gezielten Ansteuerung eines Aktuators minimiert werden. Beispielsweise können nach dem Einbau eines ausgewählten Flachankers innerhalb der Bedienvorrichtung verbleibende Abweichungen zwischen dem Ist-Abstand x und dem vorgegebenen Soll-Abstand X zwischen Flachanker und Aktuatorspule beim Betrieb des Aktuators durch eine gezielte Ansteuerung des Flachankers minimiert werden.
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Mit diesem Verfahren ist es so möglich, für einen sich bei der Produktion ergebenden Spalt zwischen der Aktuatorspule und einem Punkt an einer Bedienbaugruppe den passenden Flachanker auszuwählen. Bereits bei der Produktion der Bedienvorrichtung können so geeignete Flachanker ausgewählt und eingebaut werden, was anschließende Kalibrierungen der Aktuatoren erleichtert. Die unterschiedliche Anordnung von einem oder mehreren Verbindungselementen an den Flachankern bewirkt bei Einbau der verschiedenen Flachanker, dass sich für jeden Flachanker ein anderer Abstand x zur zugehörigen Aktuatorspule ergibt.
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Nach Einbau des ausgewählten Flachankers ist der resultierende Ist-Abstand x zwischen der Aktuatorspule und dem Flachanker dann relativ genau bekannt und kann bei der Kalibrierung und Ansteuerung des Aktuators berücksichtigt werden. Eine weitere Messung des Ist-Abstands x zwischen der Aktuatorspule und dem Flachanker im eingebauten Zustand ist dann nicht mehr erforderlich.
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Die berührungssensitive Eingabefläche einer Bedienbaugruppe, welche für ein haptisches Feedback in Bewegung versetzt werden soll, kann berührungsempfindliche Sensoren beispielsweise in Form einer Matrix aus kapazitiven Sensoren aufweisen, um bei einer Berührung der Eingabefläche die erforderlichen Positionsdaten zu ermitteln. Eine solche berührungssensitive Eingabefläche kann für ein haptisches Feedback orthogonal oder parallel zur ihrer Erstreckungsrichtung in Bewegung versetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Fläche parallel zu ihrer Erstreckungsrichtung angeregt. In diesem Fall ist die Eingabefläche beweglich innerhalb ihrer Bedienbaugruppe gelagert und ist dabei direkt oder indirekt mit dem Flachanker des elektromagnetischen Aktuators verbunden. Dies kann beispielsweise durch einen Träger realisiert werden, der aus einem oder mehreren Trägerteilen besteht. Der Aktuator versetzt dann den/die Träger in Bewegung, was wiederum auf die Eingabefläche übertragen wird und diese entlang ihrer Erstreckungsrichtung anregt. Der Abstand d wird in einem Zustand gemessen, in dem die Eingabefläche in ihrer normalen Ruhelage montiert ist.
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Eine Bedienbaugruppe kann dabei einen oder mehrere Aktuatoren aufweisen, um eine Fläche für ein haptisches Feedback in Bewegung zu versetzen. Bekannte Ausführungsformen sehen beispielsweise einen Aktuator in einem mittleren Bereich unterhalb einer berührungssensitiven Eingabefläche vor.
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Die Auswahl eines oder mehrerer passender Anker erfolgt vorzugsweise durch eine Recheneinheit, welcher die zuvor gemessenen Abstände d für eine anschließende Auswertung übermittelt werden. Der ermittelte Abstand d wird somit an eine Recheneinheit übermittelt, welche anschließend die Auswahl eines passenden Ankers durchführt. Diese Recheneinheit verfügt über Informationen zu den Abmessungen jedes Ankers aus der Menge an zur Verfügung stehenden Ankern und kann so einen Anker auswählen, welcher der gewünschten Vorgabe entspricht. Dabei kann der Abstand d mit einer Kamera ermittelt werden, welche datentechnisch mit der Recheneinheit verbunden ist. Die Recheneinheit kann nach der Auswertung eines Kamerabildes beispielsweise einen passenden Flachanker auf einem Bildschirm anzeigen, der dann in der Bedienvorrichtung montiert wird. Diese Montage kann manuell, aber auch automatisiert erfolgen, so dass die Recheneinheit auch direkt einen Roboter ansteuern kann, den oder die gewählten Anker aus einer Menge an Ankern aufzunehmen und zwischen Aktuatorspule und einer Bedienbaugruppe zu montieren.
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Die Erfindung kann insbesondere vorteilhaft genutzt werden, wenn ein Anker an einer Bedienbaugruppe mit einem Kunststoffteil verbunden wird, an dem eine berührungssensitive Eingabefläche eines Touchscreens oder Touchpads angebracht wird. Ein solches Kunststoffteil kann beispielsweise einen Rahmen bilden, in bzw. auf dem eine berührungssensitive Eingabefläche montiert ist. Die Bewegung des Ankers wird dann über den Rahmen an die Eingabefläche übertragen, um diese für ein haptisches Feedback anzuregen.
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Beim Verbinden des Ankers mit dem Kunststoffteil über eine Schraubverbindung kann es aufgrund des aufgebrachten Anschraubmoments zu einem Verdrehen des Ankers gegenüber dem Kunststoffteil kommen. Dies kann mit dem wenigstens einen Verbindungselement am Anker vermieden werden, wenn ein solches Verbindungselement formschlüssig mit einem korrespondierenden Element am Kunststoffteil verbunden wird. Auf diese Weise ist die Lage des Ankers gegenüber dem Kunststoffteil festgelegt, so dass er sich bei der anschließenden Befestigung am Kunststoffteil nicht verdrehen kann.
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Verbindet man einen Anker aus einem Metallwerkstoff ferner über eine Schraubverbindung mit einem Träger aus Kunststoff, kann es aufgrund der verwendeten Materialien und insbesondere aufgrund der Materialunterschiede zu Nachteilen kommen. Beispielsweise haben beide Materialien unterschiedliche Setzverhalten, da sie sich auch bei Temperaturschwankungen unterschiedlich verhalten. Hierdurch kann es beim Betrieb des Aktuators ebenfalls zu einem Verdrehen des Ankers gegenüber dem Träger kommen.
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Durch wenigstens ein Verbindungselement an dem Anker, mit dem dieser gegenüber einem oder mehreren Trägerteilen ausgerichtet werden kann, können derartige Nachteile daher vermieden werden. Allerdings führt eine solche Ausrichtung dazu, dass der Anker nach der Montage in einer Bedienbaugruppe nicht mehr so bewegt werden kann, dass sein Abstand zur Aktuatorspule eingestellt werden könnte. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei der Verwendung solcher Anker besonders vorteilhaft einsetzbar. Werden mehrere Anker mit unterschiedlichen Anordnungen von Verbindungselementen bereitgestellt, kann gezielt derjenige Anker ausgewählt und eingebaut werden, mit dem sich eine Vorgabe für einen resultierenden Abstand x zwischen Aktuatorspule und Anker am besten realisieren lässt. Auf diese Weise können die Vorteile eines Ankers mit einem Verbindungselement zur Ausrichtung an einem Trägerteil genutzt und die daraus entstehenden Nachteile gleichzeitig behoben werden.
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Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
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Von den Abbildungen zeigt:
- 1 eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung;
- 2 die Aufteilung einer Bedienvorrichtung in drei Baugruppen innerhalb einer Montagevorrichtung;
- 3 eine Draufsicht auf eine Montagevorrichtung mit drei eingebrachten Bedienbaugruppen;
- 4 eine Draufsicht auf eine aufgelegte Leiterplatte;
- 5 eine Draufsicht auf ein aufgelegtes Trägerteil;
- 6 eine Draufsicht auf ein Trägerteil mit angebrachten Ankern;
- 7a einen schematischen Schnitt durch eine Bedienvorrichtung ohne montierte Anker;
- 7b einen schematischen Schnitt durch eine Bedienvorrichtung mit montierten Ankern;
- 8 eine dreidimensionale Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Flachankers in Form einer Winkelleiste;
- 9 eine dreidimensionale Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Flachankers in Form einer Winkelleiste; und
- 10 einen Aktuator mit eingebautem Flachanker.
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Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Bedienvorrichtung beschrieben, die in die Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs einbaubar ist. Die Erfindung kann jedoch auch bei andersartigen Bedienvorrichtungen eingesetzt werden. Dabei ist die gewählte Bedienvorrichtung U-förmig ausgeformt mit zwei seitlichen Bedieneinheiten, die vom Fahrer bzw. Beifahrer jeweils auf ihrer Seite bedient werden können. Im vorderen Bereich befindet sich eine dritte Bedieneinheit, die von beiden Personen bedient werden kann. 1 zeigt eine solche Bedienvorrichtung 10 mit zwei seitlichen Bedieneinheiten 11 und 12 und einer vorderen Bedieneinheit 13. Die seitlichen Bedieneinheiten 11, 12 werden im Folgenden auch als erste und zweite Bedieneinheit bezeichnet, während die vordere Bedieneinheit 13 als dritte Bedieneinheit bezeichnet wird.
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In dieser Ausführungsform einer Bedienvorrichtung mit mehreren getrennten Bedieneinheiten weisen die beiden seitlichen Bedieneinheiten 11, 12 jeweils eine berührungssensitive Eingabefläche auf, die für ein haptisches Feedback mittels elektromagnetischer Aktuatoren in Bewegung versetzt werden können. Bei der berührungssensitiven Fläche handelt es sich beispielsweise um ein Touchpad oder einen Touchscreen. Die dritte Bedieneinheit 13 kann hingegen ohne eine solche Haptik ausgeführt sein. Die dritte Bedieneinheit weist beispielsweise einen Wippschalter 14, eine Drehwalze 15 und einen Drehrücksteller 16 auf.
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Die Bedienvorrichtung 10 ist somit in drei getrennte Bedieneinheiten aufgeteilt, die gemeinsam in der Mittelkonsole montiert werden. Diese Aufteilung ist auch der 2 zu entnehmen. Dabei werden die beiden seitlichen Bedieneinheiten in den Montagebereichen A und B angeordnet, während die dritte Bedieneinheit im vorderen Montagebereich C angeordnet wird. Entsprechend ist eine Montagevorrichtung 20 als eine Art Rahmen ausgebildet, in den vorgefertigte Bedienbaugruppen eingelegt werden. Stege 21 und 22 zwischen dem Montagebereich C und den Montagebereichen A und B geben dabei den Abstand zwischen den zugehörigen Bedienbaugruppen vor.
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3 zeigt eine solche Montagevorrichtung 20, in welche drei vorgefertigte Bedienbaugruppen 11, 12 und 13 eingelegt wurden. Diese Bedienbaugruppen können jeweils eigene Bedienelemente, Blenden, etc. aufweisen. Dabei weisen die beiden seitlichen Bedienbaugruppen 11 und 12 mit den berührungssensitiven Eingabeflächen insbesondere Montagestellen 42 und 43 auf, an denen ein Anker, insbesondere ein Flachanker, anbringbar ist. Dieser Anker bildet zusammen mit einer zugehörigen Aktuatorspule einen elektromagnetischen Aktuator aus, mit welchem eine jeweilige berührungssensitive Eingabefläche der beiden Bedienbaugruppen 11 und 12 für ein haptisches Feedback in Bewegung versetzt werden kann. Hierzu ist die jeweilige Eingabefläche beweglich innerhalb ihrer vorgefertigten Bedienbaugruppe angebracht.
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Jede der Bedienbaugruppen 11, 12 weist einen eigenen Aktuator auf, so dass die berührungssensitiven Eingabeflächen der beiden Bedienbaugruppen getrennt voneinander angeregt werden können. Da die dritte Bedienbaugruppe in dieser Ausführungsform keine Haptik aufweist, ist keine Montagestelle für einen Anker erforderlich. Auch die vorgefertigten Bedienbaugruppen 11 und 12 weisen jedoch noch keinen Anker auf, sondern dieser wird erst zu einem späteren Zeitpunkt montiert.
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Die beiden Bedienbaugruppen 11 und 12 weisen ferner mehrere Anschraubstellen 40 und 41 auf. Darüber hinaus sind an der dritten Bedienbaugruppe 13 mehrere Zapfen vorgesehen. In der Ausführungsform der 3 handelt es sich um einen zentralen Zapfen 30 und zwei seitliche Zapfen 31 und 32 in der Nähe der Stege 21 und 22.
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Auf die so vorbereiteten drei Bedienbaugruppen 11, 12 und 13 kann ein nicht dargestellter Flüssigkeitsschutz lose aufgelegt werden. Anschließend wird eine gemeinsame Leiterplatte 50 aufgelegt, wie es der Draufsicht der 4 zu entnehmen ist. Der äußere Umriss der Leiterplatte 50 entspricht dabei im Wesentlichen dem äußeren Umriss der Anordnung aus den drei Bedienbaugruppen 11, 12, 13. Die Leiterplatte weist ferner mehrere Öffnungen auf. Um die Leiterplatte an den drei Bedienbaugruppen 11, 12, 13 auszurichten, weist sie mehrere Öffnungen auf, durch welche die Zapfen der dritten Bedienbaugruppe 13 geführt werden. Dabei wird der vordere Zapfen 30 passgenau in ein vorderes Passloch 57 eingesteckt. Die beiden Zapfen 31 und 32 werden hingegen durch zwei Langlöcher 51 und 52 geführt, so dass die Leiterplatte 50 um den Zapfen 30 im Passloch 57 gedreht und so gegenüber den Bedienbaugruppen ausgerichtet werden kann, wobei sich die beiden Zapfen 31, 32 in den Langlöchern 51, 52 bewegen. Insbesondere wird die Leiterplatte 50 so gegenüber den drei Bedienbaugruppen 11, 12, 13 ausgerichtet, dass die zwei Ausnehmungen 53 und 54 der Leiterplatte 50 so liegen, dass später zu montierende Anker durch diese Ausnehmungen 53, 54 hindurch an den Montagestellen 42 und 43 der beiden Bedienbaugruppen 11, 12 angebracht werden können. Ferner werden mehrere Durchgangslöcher 55 und 56 fluchtend mit den Anschraubstellen 40, 41 der beiden Bedienbaugruppen 11, 12 positioniert.
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Auf die so positionierte Leiterplatte 50 wird ein Trägerteil 60 aufgelegt, wie es der 5 zu entnehmen ist. An diesem Trägerteil 60 sind für jede Bedienbaugruppe 11, 12 Aktuatorspulen 70 und 71 angebracht. Diese stehen von dem Trägerteil 60 in Richtung der Leiterplatte 50 ab, wie es auch der 7a zu entnehmen ist. Das Trägerteil 60 wird so positioniert, dass die Aktuatorspulen 70, 71 im Bereich der Montagestellen 42, 43 für die Anker liegen, um so bei der anschließenden Montage der Anker jeweilige elektromagnetische Aktuatoren auszubilden. Ferner weist das Trägerteil 60 wie die Leiterplatte 50 mehrere Öffnungen auf, welche fluchtend mit den Öffnungen in der Leiterplatte 50 ausgerichtet werden. Somit sind mehrere Durchgangslöcher 61, 62, 63 und 64 vorgesehen, die sich nach Ausrichtung des Trägerteils 60 im Bereich der Zapfen 31 und 32 der Bedienbaugruppe 13 und der Anschraubstellen 40 und 41 der Bedienbaugruppen 11, 12 befinden.
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Nach der Positionierung des Trägerteils 60 wird es über die Leiterplatte 50 mit den Bedienbaugruppen 11, 12, 13 verbunden. Dies erfolgt beispielsweise über eine Verschraubung mit den Zapfen 31 und 32 der Bedienbaugruppe 13 und den Anschraubstellen 42 und 43 der Bedienbaugruppen 11 und 12. Dabei werden Schraubverbindungen wenigstens durch die Durchgangslöcher 55, 56 in der Leiterplatte 50 und durch die Durchgangslöcher 61, 62, 63 und 64 in dem Trägerteil 60 geführt. Auf diese Weise ist das Trägerteil 60 fest mit den drei Bedienbaugruppen 11, 12, 13 verbunden, wobei die Leiterplatte 50 sandwichartig zwischen dem Trägerteil 60 und den drei Bedienbaugruppen 11, 12, 13 gehalten ist.
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Anschließend kann der so gebildete Verbund aus der Montagevorrichtung 20 entnommen werden. Vor oder nach dieser Entnahme werden die Anker 80 und 81 an den beiden Bedienbaugruppen 11, 12 montiert, wie es der schematischen Draufsicht der 6 zu entnehmen ist. Hierzu werden die Anker durch die Ausnehmungen 53 und 54 in der Leiterplatte 50 geführt und an den Montagestellen 43, 43 der beiden Bedienbaugruppen 11, 12 befestigt.
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7a zeigt diesen Aufbau nochmals in einem schematischen Schnitt durch die vordere Bedienbaugruppe 13 und eine seitliche Bedienbaugruppe 11. Diese beiden Bedienbaugruppen 13, 11 sind in den Rahmen der Montagevorrichtung 20 eingebracht und darin ausgerichtet, so dass sie aufgrund des Steges 21 in einem gewünschten Abstand zueinander liegen. Die darauf aufgelegte Leiterplatte 50 ist über wenigstens den Zapfen 31 an den Bedienbaugruppen 11, 12 ausgerichtet. Das Trägerteil 60 ist über mehrere Schraubverbindungen mit den Zapfen der dritten Bedienbaugruppe 13 und mit Anschraubstellen an der ersten Bedienbaugruppe 11 verbunden. Die Aktuatorspule 70 des Trägerteils 60 zeigt in Richtung der Leiterplatte 50, so dass ein Abstand zwischen diesen beiden Komponenten vorliegt. Dies kann durch nicht dargestellte Abstandshalter bzw. eine bestimmte Ausformung des Trägerteils 60 erreicht wird. Ein Anker ist im Zustand der 7a noch nicht montiert.
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In der Darstellung der 7b ist der Anker 80 der Bedienbaugruppe 11 an dieser montiert. Dabei ist der Anker 80 durch eine Ausnehmung 53 in der Leiterplatte 50 geführt und liegt neben einer Aktuatorspule 70 des Trägerteils 60. Der Anker 80 ist so mit einer berührungssensitiven Eingabefläche der Bedienbaugruppe 11 verbunden, dass diese für ein haptisches Feedback durch Bestromung der Aktuatorspule 70 in Bewegung versetzt werden kann. Diese Verbindung zwischen Anker 80 und berührungssensitiver Eingabefläche ist in der 7b nicht im Detail dargestellt, kann vom Fachmann jedoch auf bekannte Weise ausgeführt werden. Auch der Aufbau des Aktuators aus Aktuatorspule und Anker ist in 7b lediglich schematisch dargestellt und kann auf bekannte Weise ausgeführt sein. Der Anker 80 ist vorzugsweise ein als Winkelleiste ausgebildeter Flachanker, bei dem ein Schenkel direkt oder indirekt mit der berührungssensitiven Eingabefläche verbunden ist, während die Außenfläche des anderen Schenkels zur Aktuatorspule 70 weist. 7b zeigt dabei lediglich diesen zur Aktuatorspule 70 hinweisenden Schenkel einer Winkefleiste.
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Bei zwei oder mehr Bedienbaugruppen mit berührungssensitiver Eingabefläche und haptischen Feedback werden in der Bedienvorrichtung mehrere Anker montiert. Die Anker sollen dazu möglichst in einem vorgegebenen Abstand x zu den Aktuatorspulen montiert werden. Insbesondere bei der Verwendung von Flachankern wirkt sich ansonsten nachteilig aus, dass die vom Aktuator erzeugte Kraft sehr stark vom Abstand des Ankers zum Spulenkern abhängt.
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Die Erfindung sieht daher vor, dass bei einem wie beschrieben vormontierten Verbund aus mehreren Bedienbaugruppen, einer gemeinsamen Leiterplatte und einem Trägerteil zunächst der Abstand d zwischen einer Aktuatorspule und einer Stelle an der zugehörigen Bedienbaugruppe ermittelt wird. In Abhängigkeit von diesem Abstand wird für jede Bedienbaugruppe ein passender Anker ermittelt, mit welchem sich der geforderte Abstand x möglichst genau erreichen lässt.
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Die Ermittlung dieses Abstands d kann beispielsweise durch eine Kamera erfolgen, die ein Bild des Bereiches zwischen Aktuatorspule und einem Bereich der Bedienbaugruppe aufnimmt. Anhand von Referenzpunkten im Bild und einer entsprechenden Bildauswertung kann so der Abstand d bestimmt werden. Dieser Abstand d wird vorzugsweise an eine Recheneinheit (nicht dargestellt) übermittelt, um anhand des Abstands d einen Anker zu bestimmen, welcher zu dem gemessenen Spalt passt.
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Um einen geeigneten Anker auszuwählen, ist eine Menge an wenigstens zwei Ankern vorgesehen, die zur Auswahl stehen. Diese Anker sind unterschiedlich ausgestaltet, so dass ein möglichst geeigneter aus der Menge an Ankern ausgewählt werden kann. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines möglichen Ankers in Form eines Flachankers 80. Dieser Flachanker 80 hat die Form einer Winkelleiste mit zwei Schenkeln 82 und 83, die in einem Winkel von 90° zueinanderstehen. Der erste Schenkel 82 ist dazu vorgesehen, mit seiner äußeren Oberfläche in Richtung einer Aktuatorspule zu zeigen, während die Winkelleiste über ihren zweiten Schenkel 83 mit der Montagestelle einer Bedienbaugruppe verbunden werden kann. Hierzu sind an dem zweiten Schenkel zwei Verbindungselemente 84 und 85 vorgesehen. Bei diesen Verbindungselementen 84, 85 handelt es sich vorzugsweise um Ausnehmungen oder Nuten, in denen entsprechende Ausbuchtungen bzw. Federn an den Bedienbaugruppen formschlüssig aufgenommen werden können. Zusätzlich können weitere Aufnahmen wie beispielsweise zwei Langlöcher 86 und 87 vorgesehen sein, mit denen der Flachanker 80 zusätzlich an der Bedienbaugruppe befestigt werden kann. Die Ausnehmungen 84, 85 können beispielsweise nur zur Ausrichtung des Flachankers 80 gegenüber der jeweiligen Bedienbaugruppe dienen, während die eigentliche Befestigung über Schraubverbindungen in den Langlöchern 86, 87 erfolgt.
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Der Flachanker 80 der 8 weist Ausnehmungen 84, 85 aus, die sehr nahe an der Längskante des zweiten Schenkels 83 des Flachankers 80 liegen. Wird ein solcher Flachanker 80 in eine Montagebaugruppe gemäß der 7a eingebaut, würden diese Ausnehmungen 84, 85 an Ausbuchtungen der Bedienbaugruppe ausgerichtet und der Flachanker 80 entsprechend in dem Aktuator angebracht. Der erste Schenkel 82 liegt dann relativ nahe an der Aktuatorspule, wobei der verbleibende Abstand zwischen Flachanker 80 und Aktuatorspule beispielsweise zu gering sein könnte. Um dies zu vermeiden, stehen weitere Flachanker zur Verfügung, deren Ausnehmungen an anderen Positionen angeordnet sind, um so eine andere Einbaulage eines Flachankers zu realisieren.
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9 zeigt beispielsweise eine zweite Ausführungsform eines Flachankers 81, dessen Ausgestaltung im Wesentlichen der der 8 entspricht, so dass gleiche Bauteile auch mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Allerdings liegen die Ausnehmungen 84, 85 nun nicht mehr in der Nähe der Längskante des zweiten Schenkels 83, sondern in etwa in der Mitte der beiden Querkanten. Beim Einbau dieses Flachankers 81 in eine Montagebaugruppe gemäß der 7a würde der erste Schenkel 82 weiter von der Aktuatorspule weg liegen als beim Flachanker 80 der 8. Dieser Flachanker 81 könnte daher geeigneter sein, um einen bestimmten Soll-Abstand X zu der Aktuatorspule herzustellen. Die Menge an zur Verfügung stehenden Flachankern kann weitere Ausführungsformen umfassen, bei denen andere Abstände zwischen Aktuatorspule und Flachanker ergeben.
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Ein Aktuator mit eingebautem Flachanker 81 ist in der 10 gezeigt. Diese Figur zeigt auch einen möglichen Punkt zur vorherigen Messung eines Abstands d zwischen der Aktuatorspule 70 und einem Trägerteil der Bedienbaugruppe. Dieser Abstand d wird somit gemessen, bevor ein Anker montiert wird. Aus der 10 ist auch ersichtlich, wie Ausbuchtungen 17 und 18 an Trägerteilen der Bedienbaugruppe in die Verbindungselemente an den Querseiten des Ankers 81 eingreifen.
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Durch den Einbau des Ankers 81 ergibt sich ein Ist-Abstand x zwischen der Aktuatorspule 70 und dem Flachanker 81. Vorzugsweise wird aus der Menge an zur Verfügung stehenden Flachankern derjenige Flachanker ausgewählt, bei dem dieser Ist-Abstand x die geringste Abweichung von einem Soll-Abstand X hat. Dieser Soll-Abstand X hängt beispielsweise von der vorgegebenen Maximalauslenkung des Flachankers ab. Bei dieser Maximalauslenkung soll der verbleibende Restabstand zwischen Aktuatorspule und Flachanker minimiert werden, woraus sich typischerweise Soll-Abstände X von 0,1 - 0,8 mm ergeben.
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Damit der Soll-Abstand X nicht unterschritten wird, kann vorgesehen sein, dass aus der Menge an zur Verfügung stehenden Flachankern derjenige Flachanker ausgewählt, bei dem der resultierende Ist-Abstand x größer ist als ein Soll-Abstand X und zusätzlich die geringste Abweichung von diesem Soll-Abstand X hat. Es wird somit in Abhängigkeit von dem in der Montagebaugruppe ermittelten Abstand d ein passender Flachanker ausgewählt, bei dem der Abstand x zur Aktuatorspule nach seinem Einbau möglichst gering ist, sich der Flachanker aber innerhalb seiner Maximalauslenkung frei bewegen kann. Der Soll-Abstand X wird vorzugsweise nicht null sein.
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Um eine solche Auswahl eines passenden Flachankers aus einer Menge verschiedener Flachanker durchführen zu können, wird für diese verschiedenen Flachanker zunächst der resultierende Ist-Abstand x ermittelt, der sich für verschiedene Abstände d zwischen Aktuatorspule und einem Punkt an einer Bedienbaugruppe ergibt. Für verschiedene Abstände d ist so bekannt, welcher Ist-Abstand x sich beim Einbau verschiedener Flachanker ergibt.
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Für jede der beiden Bedienbaugruppen 11 und 12 wird der Abstand d zwischen der jeweiligen Aktuatorspule 70, 71 und einer Stelle an der Bedienbaugruppe ermittelt und der passende Flachanker ausgesucht. So kann es sich ergeben, dass an der ersten Bedienbaugruppe 11 ein Flachanker mit einer anderen Anordnung von Verbindungselementen 84, 85 montiert wird als an der zweiten Bedienbaugruppe. Beispielsweise kann an der Bedienbaugruppe 11 ein Flachanker 80 mit seitlichen Verbindungselementen 84, 85 montiert werden, während der Flachanker 81 an der zweiten Bedienbaugruppe 12 ein Flachanker von einem anderen Typ mit mittigen Verbindungselementen 84, 85 ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bedienvorrichtung
- 11,12,13
- Bedienbaugruppe, Bedieneinheit
- 14
- Wippschalter
- 15
- Drehwalze
- 16
- Drehrücksteller
- 17, 18
- Ausbuchtung, Feder
- 20
- Montagevorrichtung, Rahmen
- 30,31,32
- Zapfen
- 40,41
- Anschraubstelle
- 42,43
- Montagestelle
- 50
- Leiterplatte
- 51,52
- Langloch
- 53,54
- Ausnehmung
- 55,56
- Durchgangsloch
- 57
- Passloch
- 60
- Trägerteil
- 61,62,63,64
- Durchgangsloch
- 70,71
- Aktuatorspule
- 80,81
- Anker, Flachanker
- 82,83
- Schenkel
- 84,85
- Verbindungselement, Ausnehmung, Nut
- 86,87
- Langloch
- 90
- Tauchanker
- A
- Montagebereich für erste Bedienbaugruppe
- B
- Montagebereich für zweite Bedienbaugruppe
- C
- Montagebereich für dritte Bedienbaugruppe
