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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bedienvorrichtung mit wenigstens einem elektromagnetischen Aktuator zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Aktuator weist wenigstens eine Aktuatorspule und einen durch Bestromung dieser Aktuatorspule bewegbaren Flachanker auf. Der Flachanker steht wiederum über wenigstens ein Trägerteil in Verbindung mit einer Fläche der Bedienvorrichtung, welche für ein haptisches Feedback in Bewegung versetzt werden soll.
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Die Erfindung betrifft ferner eine zugehörige Anordnung zur Herstellung einer Bedienvorrichtung mit haptischem Feedback.
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Im Bereich der Bedien- bzw. Eingabevorrichtungen werden oftmals elektromagnetischen Aktuatoren mit bestrombarer Aktuatorspule und Anker 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 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 den dabei verwendeten elektromagnetischen Aktuatoren können Flachanker-Aktuatoren und Tauchanker-Aktuatoren eingesetzt werden. Bei einem Flachanker-Aktuator bewegt sich ein magnetischer Flachanker auf eine Spule zu und wieder von dieser weg, während bei einem Tauchanker-Aktuator ein Tauchanker in einen Spulenkern eintaucht. In beiden Fällen kann mit dem jeweiligen Anker direkt oder indirekt eine Fläche einer Bedienvorrichtung, insbesondere eine berührungssensitive Eingabefläche, in Bewegung versetzt werden. Bei einer berührungssensitiven Eingabefläche kann es sich beispielsweise um die Eingabefläche eines Touchscreens oder Touchpads handeln. Die Anregung solcher Flächen für ein effektives haptisches Feedback erfordert gewisse Kräfte, die von einem oder mehreren Aktuatoren erzeugt werden müssen.
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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. Die von einem Flachanker-Aktuator hervorgerufenen Kräfte sind dabei 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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Allerdings wirkt sich bei einem Flachanker nachteilig aus, dass die erzeugte Kraft sehr stark vom Abstand des Ankers zum Spulenkern abhängt. Dieser Nachteil tritt insbesondere bei Systemen auf, bei denen der Aktuator nicht nur ein einfaches Öffnen und Schließen bewirkt, sondern berührungslos und ohne Anschläge arbeiten soll. Dies kann beispielsweise bei der Erzeugung von haptischen Effekten auf berührungssensitiven Flächen der Fall sein, da hierbei die durch einen Stromimpuls hervorgerufene Kraft genau bekannt sein muss, um ein bestimmtes Zeit/Weg-Verhalten der Fläche zu garantieren.
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1 zeigt zur Veranschaulichung dieser Zusammenhänge verschiedene Anordnungen von Ankern im Verhältnis zur Art der Elektromagneten mit ihren Spulen. Dabei zeigt die Darstellung b) einen Flachanker 30, während die Darstellung c) einen Tauchanker 50 zeigt. Der Flachanker 30 bewegt sich auf den Elektromagneten 20 zu und wieder von diesem weg, während der Tauchanker 50 in den Elektromagneten 20' eintaucht und sich dabei innerhalb seiner Spule bewegt. In der Abbildung a) sind für beide Aktuatorarten die hervorgerufenen Kräfte F über den Abstand x zwischen Spule und Anker aufgetragen. Die Kurve b bezeichnet den Kraftverlauf des Flachankers, während die Kurve c den Kraftverlauf des Tauchankers bezeichnet. Daraus ist ersichtlich, dass die Kraft F beim Flachanker 30 stärker vom Abstand x abhängig ist als beim Tauchanker 50. Die erzeugbare Kraft F nimmt bei Verwendung eines Flachankers mit zunehmenden Abstand x kontinuierlich ab.
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Bei der Nutzung von elektromagnetischen Aktuatoren insbesondere bei der Verwendung in Bedienvorrichtungen ist es ferner stets 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 zuvor genannten 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.
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Es besteht daher der Bedarf nach Lösungen für eine genaue Positionierung eines Flachankers innerhalb eines Aktuators und für eine Kalibrierung eines solchen Systems. Hierbei ist es in der Praxis bekannt, bei Prototypen von Flachanker-Aktuatoren den Abstand zwischen Anker und Spule manuell beispielsweise mit einer Schieblehre zu vermessen. Die Ansteuerung des Ankers durch eine Bestromung der Aktuatorspule kann dann für den Betrieb des Aktuators an den gemessenen Abstand angepasst werden. Dies stellt jedoch ein sehr aufwendiges Verfahren dar. Ferner kann die endgültige Lage des Flachankers bereits bei der Montage verändert und an einen gewünschten Abstand angepasst werden. Auch dies ist jedoch relativ aufwendig.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2009 042 777 B4 beispielsweise eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Ankerposition eines elektromagnetischen Aktuators bekannt, wobei die Messvorrichtung wenigstens einen Stromsensor und einen Magnetfeldsensor aufweist. Nach einer einmaligen Kalibriermessung und einer daraus ermittelten Kennlinie ist es möglich, daraus die Position des Ankers anhand des durch die Spule fließenden Stroms sowie des Magnetfelds des Aktuators zu bestimmen. Der Magnetfeldsensor ist dabei außerhalb des Gehäuses des Aktuators im Bereich eines elektromagnetischen Streufelds des Aktuators angebracht. Die eigentliche Bestimmung der Position des Ankers erfolgt also nach der Inbetriebnahme des Aktuators und kann nur während eines Stromflusses durchgeführt werden. Daher ist diese Vorgehensweise nicht dazu geeignet, um die Position des Ankers und damit auch den Abstand zwischen Anker und Spule während der Montage zu bestimmen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine zugehörige Anordnung zur Herstellung einer Bedienvorrichtung mit haptischem Feedback bereitzustellen, mit denen sich die Positionierung eines Flachankers und die Kalibrierung eines Aktuators verbessern lässt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-10. Ferner wird die Aufgabe durch eine Anordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen 12-15.
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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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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer Bedienvorrichtung mit wenigstens einem elektromagnetischen Aktuator zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an der Bedienvorrichtung. Der Aktuator weist wenigstens eine Aktuatorspule und einen durch Bestromung der Aktuatorspule bewegbaren Flachanker auf. Dieser Flachanker steht über wenigstens ein Trägerteil mit einer Fläche der Bedienvorrichtung in Verbindung, welche für ein haptisches Feedback durch Bewegung des Flachankers in Bewegung versetzt werden soll.
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Das Verfahren kennzeichnet sich durch wenigstens folgende Schritte aus:
- a) Bereitstellung einer Menge von wenigstens zwei Flachankern, die jeweils wenigstens ein Verbindungselement zur Verbindung des Flachankers mit dem Trägerteil aufweisen, wobei das jeweilige Verbindungselement an den beiden Flachankern unterschiedlich angeordnet ist;
- b) Anbringen wenigstens der Aktuatorspule und des Trägerteils innerhalb der Bedienvorrichtung;
- c) Ermitteln eines Abstands d zwischen der Aktuatorspule und einem vorgegebenen Punkt an dem Trägerteil;
- d) Auswahl eines Flachankers aus der Menge an Flachankern, wobei derjenige Flachanker ausgewählt wird, der bei Verbindung mit dem Trägerteil in einem Ist-Abstand x zur Aktuatorspule liegt, der einer bestimmten Vorgabe entspricht, wobei der Ist-Abstand x in Abhängigkeit von dem ermittelten Abstand d ermittelt wird; und
- e) Anbringen des im Schritt d) ausgewählten Flachankers innerhalb der Bedieneinrichtung durch Verbinden seines wenigstens einen Verbindungselements mit dem Trägerteil.
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Mit diesem Verfahren ist es möglich, für einen sich bei der Produktion ergebenden Spalt zwischen der Aktuatorspule und einem Trägerteil den passenden Flachanker auszuwählen. Bereits bei der Produktion der Bedienvorrichtung kann so ein geeigneter Flachanker ausgewählt und eingebaut werden, was anschließende Kalibrierungen des Aktuators erleichtert. Die zur Verfügung stehenden Flachanker unterscheiden sich vorzugsweise nur in der Anordnung des wenigstens einen Verbindungselements, so dass sie ansonsten identisch sind. Die unterschiedliche Anordnung von einem oder mehreren Verbindungselementen bewirkt bei Einbau der verschiedenen Flachanker, dass sich für jeden Flachanker ein anderer Abstand x zur Aktuatorspule ergibt. Kommt es beim Einbau des Trägerteils zu unterschiedlichen Abständen zwischen der Aktuatorspule und dem Trägerteil, können diese Variationen sehr gut kompensiert werden, indem ein zu dem zuvor gemessenen Abstand d passender Flachanker ausgewählt und eingebaut wird.
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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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Bei der Bedienvorrichtung kann es sich um verschiedene Arten von Eingabevorrichtungen handeln, mit denen insbesondere Funktionen eines elektronischen Gerätes ausgewählt und angesteuert werden können. Insbesondere kann es sich um eine Eingabevorrichtung innerhalb eines Kraftfahrzeugs handeln, wobei beispielsweise Touchscreens oder Touchpads zur Anwendung kommen können. Bei der Fläche der Bedienvorrichtung, welche für ein haptisches Feedback in Bewegung versetzt werden soll, handelt es sich daher in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um eine berührungssensitive Eingabefläche. Diese kann berührungsempfindliche Sensoren beispielsweise in Form einer Matrix aus kapazitiven Sensoren aufweisen, um bei einer Berührung der Eingabefläche die erforderlichen Positionsdaten zu ermitteln.
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Eine solche berührungssensitive Fläche 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 eines Gehäuses 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 das wenigstens eine Trägerteil in seiner normalen Ruhelage montiert ist.
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Eine Bedienvorrichtung 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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Bei der Auswahl eines passenden Flachankers wird eine bestimmten Vorgabe verwendet, welcher der Ist-Abstand x zwischen Flachanker und Aktuatorspule entsprechen soll. Insbesondere wird ein Soll-Abstand X berücksichtigt, der möglichst erreicht oder zumindest nicht unterschritten werden soll. Dieser Soll-Abstand ist bei Berücksichtigung der Maximalauslenkung des Flachankers möglichst klein gewählt und liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 - 0,8 mm.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Schritt d) derjenige Flachanker ausgewählt wird, der bei Verbindung mit dem Trägerteil in einem Ist-Abstand x zur Aktuatorspule liegt, welcher die geringste Abweichung von einem vorgegebenen Soll-Abstand X aufweist. Diese Vorgabe kann weiter dadurch beschränkt werden, dass im Schritt d) derjenige Flachanker ausgewählt wird, der bei Verbindung mit dem Trägerteil in einem Ist-Abstand x zur 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. Noch übrigbleibende Toleranzen können mittels einer gezielten Ansteuerung des Aktuators minimiert werden. Beispielsweise können nach dem Einbau des im Schritt d) 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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Die Auswahl eines passenden Flachankers erfolgt vorzugsweise durch eine Recheneinheit, welcher der zuvor gemessene Abstand d für eine anschließende Auswertung übermittelt wird. Der Abstand d wird somit nach dem Schritt c) an eine Recheneinheit übermittelt wird, welche anschließend den Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt. Diese Recheneinheit verfügt über Informationen zu den Abmessungen jedes Flachankers aus der Menge an zur Verfügung stehenden Flachankern und kann so einen Flachanker auswählen, welcher der gewünschten Vorgabe entspricht. Dabei kann der Abstand d im Schritt c) 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 gewählten Flachanker aus einer Menge an Flachankern aufzunehmen und zwischen Aktuatorspule und Trägerteil der Eingabefläche zu montieren.
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Um unterschiedliche Abstände d zwischen Aktuatorspule und Trägerteil berücksichtigen zu können, ist an den Flachankern wenigstens ein Verbindungselement so ausgestaltet und angeordnet, dass eine Variation der Anordnung beim Einbau des jeweiligen Flachankers unterschiedliche Ist-Abstände x erzeugt. Die Anordnung eines Verbindungselements an einem Flachanker gibt so seine resultierende Lage gegenüber der Aktuatorspule vor. Ein solches Verbindungselement richtet den Flachanker daher vorzugsweise gegenüber dem Trägerteil aus. In einer Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise vorgesehen, dass das wenigstens eine Verbindungselement an einem Flachanker eine Ausnehmung ist, in welche eine korrespondierende Ausbuchtung des Trägerteils formschlüssig einbringbar ist. Es handelt sich somit um eine Art Nut-Feder-System. Doch auch andere Arten von ineinandergreifenden Systemen können verwendet werden.
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Ein Verbindungselement an einem Flachanker kann gleichzeitig zur Ausrichtung des Flachankers gegenüber dem Trägerteil und auch zur festen Anbringung an diesem dienen. Es können jedoch auch weitere Befestigungselemente vorgesehen werden. Somit können an den wenigstens zwei Flachankern weitere Mittel zur Fixierung des jeweiligen Flachankers an einem Trägerteil vorgesehen sein. Bei diesen Mitteln handelt es sich insbesondere um wenigstens ein Langloch. Die Längsachse einer solchen Langlochs verläuft vorzugsweise parallel zur Bewegungsrichtung des Flachankers.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flachanker als Winkelleisten mit zwei in einem Winkel von 90° zueinander stehenden Schenkeln ausgeführt sind. Im Einbauzustand eines Flachankers innerhalb der Bedienvorrichtung weist die Außenfläche eines ersten Schenkels der Winkelleiste dann zur Aktuatorspule hin, während das wenigstens eine Verbindungselement an dem zweiten Schenkel vorgesehen ist. Beispielsweise ist dann jeweils ein Verbindungselement an gegenüber liegenden Seiten des zweiten Schenkels vorgesehen.
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Von der Erfindung umfasst ist auch eine zugehörige Anordnung zur Herstellung einer Bedienvorrichtung mit wenigstens einem elektromagnetischen Aktuator zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an der Bedienvorrichtung. Mit dieser Anordnung an Komponenten kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren durchgeführt werden.
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Die Anordnung weist hierfür wenigstens folgende Komponenten auf:
- - eine Montagebaugruppe, aufweisend wenigstens eine Aktuatorspule und wenigstens ein Trägerteil, welches mit einer Fläche der Bedienvorrichtung in Verbindung steht oder in Verbindung bringbar ist, die für ein haptisches Feedback in Bewegung versetzbar ist, wobei die Aktuatorspule und das Trägerteil in Einbaulage montiert sind, und
- - eine Menge von wenigstens zwei Flachankern, die jeweils wenigstens ein Verbindungselement zur Verbindung des jeweiligen Flachankers mit dem wenigstens einen Trägerteil aufweisen, wobei das Verbindungselement an den beiden Flachankern unterschiedlich angeordnet ist.
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Das Gesamtsystem der Bedienvorrichtung wird somit zunächst zu einer Montagebaugruppe vormontiert, welche wenigstens die Aktuatorspule und ein Trägerteil umfasst, mit welchem eine Fläche der Bedienvorrichtung in Verbindung steht oder in Verbindung bringbar ist. Eine berührungssensitive Eingabefläche wird daher bereits ebenfalls an dem Trägerteil vormontiert oder das Trägerteil wird zumindest so innerhalb der Montagebaugruppe platziert, dass die Eingabefläche anschließend montiert werden kann. Die Aktuatorspule und das Trägerteil befinden sich jedoch bereits in ihrer endgültigen Einbaulage, so dass der zwischen diesen beiden Komponenten zu messende Abstand d dem realen Abstand d nach einer vollständigen Montage der Bedienvorrichtung entspricht. Ein Anker gehört nicht zu dieser Montagebaugruppe.
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Eine zweite Komponente der Anordnung wird durch eine Menge von wenigstens zwei Flachankern gebildet, die jeweils wenigstens ein Verbindungselement aufweisen, wobei das Verbindungselement an den beiden Flachankern unterschiedlich angeordnet ist. Diese Menge an Flachankern kann dazu verwendet werden, um einen passenden Flachanker für variierende Montagebaugruppen auszuwählen. Das wenigstens eine Verbindungselement an einem Flachanker kann eine Ausnehmung sein, in welche eine korrespondierende Ausbuchtung des Trägerteils formschlüssig einbringbar ist. Die Flachanker unterscheiden sich vorzugsweise nur in der Anordnung dieser Verbindungselemente und sind ansonsten identisch. Das wenigstens eine Trägerteil besteht dabei vorzugsweise wenigstens teilweise aus einem Kunststoffmaterial.
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Wie bereits bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens dargelegt, können die Flachanker dabei als Winkelleisten ausgeführt sein, und im Einbauzustand eines Flachankers innerhalb der Bedienvorrichtung weist die Außenfläche eines ersten Schenkels der Winkelleiste zur Aktuatorspule hin, während das wenigstens eine Verbindungselement an dem zweiten Schenkel vorgesehen ist. Vorzugsweise ist jeweils ein Verbindungselement an gegenüber liegenden Seiten des zweiten Schenkels vorgesehen.
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Von der Erfindung umfasst ist auch ein Flachanker für eine Bedienvorrichtung mit wenigstens einem elektromagnetischen Aktuator zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an der Bedienvorrichtung. Der Flachanker ist wie beschrieben als Winkelleiste ausgeführt, bei dem an einem Schenkel wenigstens ein Verbindungselement vorgesehen ist. Vorzugsweise ist jeweils ein Verbindungselement an gegenüber liegenden Seiten des zweiten Schenkels vorgesehen. Ein solcher Anker kann insbesondere vorteilhaft in einem Aktuator zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks eingesetzt werden, wenn bei einer Bedienvorrichtung ein Träger aus einem Kunststoffmaterial verwendet wird, an dem eine berührungssensitive Eingabefläche eines Touchscreens oder Touchpads angebracht wird. Ein solcher Träger kann beispielsweise durch einen Rahmen gebildet werden, in bzw. auf dem eine oder mehrere berührungssensitive Eingabeflächen montiert werden. 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 Flachankers mit dem Träger über eine Schraubverbindung kann es aufgrund des aufgebrachten Anschraubmoments zu einem Verdrehen des Flachankers gegenüber dem Träger kommen. Dies kann mit dem wenigstens einen Verbindungselement am Flachanker vermieden werden, wenn ein solches Verbindungselement formschlüssig mit einem korrespondierenden Element am Träger verbunden wird. Auf diese Weise ist die Lage des Flachankers gegenüber dem Träger festgelegt, so dass er sich bei der anschließenden Befestigung am Träger nicht verdrehen kann.
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Verbindet man einen Flachanker 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 Flachankers gegenüber dem Träger kommen.
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Durch wenigstens ein Verbindungselement an den Flachanker, 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 Flachanker nach der Montage in der Bedienvorrichtung nicht mehr so bewegt werden kann, dass sein Abstand zur Aktuatorspule eingestellt werden könnte. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei der Verwendung solcher Flachanker besonders vorteilhaft einsetzbar. Werden mehrere Flachanker mit unterschiedlichen Anordnungen von Verbindungselementen bereitgestellt, kann gezielt derjenige Flachanker ausgewählt und eingebaut werden, mit dem sich eine Vorgabe für einen resultierenden Abstand x zwischen Aktuatorspule und Flachanker am besten realisieren lässt. Auf diese Weise können die Vorteile eines Flachankers 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 die erzeugten Kräfte bei Aktuatoren mit Flachanker im Vergleich zu Aktuatoren mit Tauchanker;
- 2 eine schematische Darstellung einer Montagegruppe mit eingebauter Aktuatorspule in einem Abstand d zu einem Träger;
- 3 eine dreidimensionale Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Flachankers in Form einer Winkelleiste;
- 4 eine dreidimensionale Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Flachankers in Form einer Winkelleiste; und
- 5 einen Aktuator mit eingebautem Flachanker.
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Die in 2 gezeigte Darstellung einer Montagebaugruppe 10' zeigt schematisch verschiedene Komponenten einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Bedienvorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktuator. Dabei sind jedoch nur die für die Erfindung wesentlichen Komponenten der Bedienvorrichtung gezeigt. Zu der Montagegruppe 10' gehört wenigstens ein Elektromagnet 20 mit einer Aktuatorspule 21. Der Elektromagnet 20 kann in ein nicht dargestelltes Gehäuse oder eine sonstige Umgebung eingebaut sein. Diese zusätzlichen Teile können ebenfalls zur Montagebaugruppe 10' gehören, sind jedoch nicht im Detail dargestellt.
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In einem gewissen Abstand d zu der Aktuatorspule 21 befindet sich wenigstens ein Träger, der im Ausführungsbeispiel der 2 durch wenigstens zwei Trägerteile 40 und 41 gebildet wird. Diese Trägerteile 40, 41 können direkt oder indirekt in Verbindung mit einer Fläche einer Bedienvorrichtung gebracht werden, die für ein haptisches Feedback in Bewegung versetzt werden soll. Bei dieser Fläche kann es sich beispielsweise um eine Fläche eines Schalters oder Bedienknopfes handeln. Es kann sich jedoch auch um die berührungssensitive Eingabefläche eines Touchscreens oder Touchpads handeln. Die jeweilige Fläche kann bereits an den Trägerteilen 40, 41 vormontiert werden. Sie kann jedoch auch erst nach der Auswahl und Montage eines passenden Flachankers in der Bedienvorrichtung montiert werden.
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Die beiden Trägerteile 40, 41 weisen Ausbuchtungen 42 und 43 auf. Diese sind in Form von Nasen bzw. Federn ausgestaltet, können jedoch auch andere geeignete Formen annehmen, die es erlauben, einen Flachanker mit den Trägerteilen 40, 41 zu verbinden. Ein Flachanker kann so in einem Abstand zu der Aktuatorspule 21 zwischen den beiden Trägerteilen 40, 41 angeordnet werden. Dabei ist ein zu platzierender Flachanker 30 in der 2 lediglich mit einer gestrichelten Linie dargestellt und gehört nicht zu der Montagebaugruppe 10'. Die in 2 gezeigten Komponenten bilden ohne einen Flachanker eine Montagebaugruppe 10' aus, die vormontiert wird, um anschließend einen passenden Flachanker in die Montagebaugruppe 10' einzufügen. Durch Bestromung der Aktuatorspule 21 kann der Flachanker dann in Bezug zur Aktuatorspule hin- und her bewegt wird.
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Die Montagebaugruppe 10' kann dabei verschiedenen Lagen bezüglich der Fläche einer Bedienvorrichtung einnehmen, an der ein haptisches Feedback erzeugt werden soll. Beispielsweise kann sich die Fläche parallel zur Zeichenebene der 2 erstrecken. Die Fläche würde in einer solcher Ausführungsform längs ihrer Erstreckungsrichtung angeregt. Die Fläche könnte jedoch auch senkrecht zur Zeichenebene der 2 verlaufen und würde in einer solcher Ausführungsform quer zu ihrer Erstreckungsrichtung angeregt. Der jeweilige Aufbau der Bedienvorrichtung mit elektromagnetischem Aktuator richtet sich somit unter Anderem nach der gewünschten Art des haptischen Feedbacks.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass bei einer Montagebaugruppe 10' der Abstand d zwischen der Aktuatorspule 21 und einer Stelle an den Trägerteilen 40 und 41 ermittelt wird. Der Abstand d kann beispielsweise zwischen der Aktuatorspule 21 und den Ausbuchtungen 42, 43 ermittelt werden, wie es in der Ausführungsform der 2 vorgesehen ist. Es können jedoch auch andere Stellen an den Trägerteilen 40, 41 gewählt werden.
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Die Ermittlung dieses Abstands d kann beispielsweise durch eine Kamera erfolgen, die ein Bild des Bereiches zwischen Aktuatorspule 21 und den Trägerteilen 40, 41 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 Flachanker zu bestimmen, welcher zu dem gemessenen Spalt passt.
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Um einen geeigneten Flachanker auszuwählen, sieht eine erfindungsgemäße Anordnung neben der bereits beschriebenen Montagebaugruppe 10' eine Menge an wenigstens zwei Flachankern vor, die zur Auswahl stehen. Diese Flachanker sind unterschiedlich ausgestaltet, so dass ein möglichst geeigneter aus der Menge an Flachankern ausgewählt werden kann. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines möglichen Flachankers 30, der in eine Montagebaugruppe 10' einbaubar ist. Dieser Flachanker 30 hat die Form einer Winkelleiste mit zwei Schenkeln 31 und 32, die in einem Winkel von 90° zueinander stehen. Der erste Schenkel 31 ist dazu vorgesehen, mit seiner äußeren Oberfläche in Richtung einer Aktuatorspule zu zeigen, während die Winkelleiste über ihren zweiten Schenkel 32 mit den Trägerteilen 40, 41 und anderen Bauteilen der Bedienvorrichtung verbunden werden kann. Hierzu sind an dem zweiten Schenkel zwei Verbindungselemente 33 und 34 vorgesehen. Bei diesen Verbindungselementen 33, 34 handelt es sich vorzugsweise um Ausnehmungen oder Nuten, in denen die Ausbuchtungen bzw. Federn 42, 43 der Trägerteile 40, 41 formschlüssig aufgenommen werden können. Zusätzlich können weitere Aufnahmen wie beispielsweise zwei Langlöcher 35 und 36 vorgesehen sein, mit denen der Flachanker 30 zusätzlich an einem Bauteil der Bedienvorrichtung befestigt werden kann. Die Ausnehmungen 33, 34 können beispielsweise nur zur Ausrichtung des Flachankers 30 gegenüber den Trägerteilen 40, 41 dienen, während die eigentliche Befestigung über Schraubverbindungen in den Langlöchern 35, 36 erfolgt.
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Der Flachanker 30 der 3 weist Ausnehmungen 33, 34 aus, die sehr nahe an der Längskante 37 des zweiten Schenkels 32 des Flachankers 30 liegen. Wird ein solcher Flachanker 30 in eine Montagebaugruppe 10' gemäß der 2 eingebaut, würden diese Ausnehmungen 33, 34 an den Ausbuchtungen 42, 43 der Trägerteile 40, 41 ausgerichtet und der Flachanker 30 entsprechend in dem Aktuator angebracht. Der erste Schenkel 31 liegt dann relativ nahe an der Aktuatorspule, wobei der verbleibende Abstand zwischen Flachanker 30 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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4 zeigt beispielsweise eine zweite Ausführungsform eines Flachankers 30', dessen Ausgestaltung im Wesentlichen der der 3 entspricht, so dass gleiche Bauteile auch mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Allerdings liegen die Ausnehmungen 33, 34 nun nicht mehr in der Nähe der Längskante 37 des zweiten Schenkels 32, sondern in etwa in der Mitte der beiden Querkanten 38 und 39. Beim Einbau dieses Flachankers 30' in eine Montagebaugruppe 10' gemäß der 2 würde der erste Schenkel 31 weiter von der Aktuatorspule weg liegen als der Flachanker 30 der 3. Dieser Flachanker 30' 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 10 mit eingebautem Flachanker 30' ist in der 5 gezeigt. Durch den Einbau ergibt sich ein Ist-Abstand x zwischen der Aktuatorspule 21 und dem Flachanker 30'. 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 10' 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 den Trägerteilen
40,
41 ergibt. Für verschiedene Abstände d ist so bekannt, welcher Ist-Abstand x sich beim Einbau verschiedener Flachanker ergibt. Eine solche Zuordnung ist beispielhaft in der Tabelle 1 für die Abstände d = 3,6 mm und d = 3,6 mm gezeigt. Die Tabelle kann je nach Bedarf um jegliche andere Abstände d und auch um mehr oder weniger Arten von Flachankern verändert werden. Die Tabelle dient somit lediglich der Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung.
Tabelle 1
| Abstand d = 3,6 mm | Abstand d = 3,7 mm |
| Typ des Flachankers | Ist-Abstand x [mm] | Typ des Flachankers | Ist-Abstand x [mm] |
| A | 0,85 | A | 0,95 |
| B | 0,8 | B | 0,9 |
| C | 0,7 | C | 0,8 |
| D | 0,6 | D | 0,7 |
| E | 0,5 | E | 0,6 |
| F | 0,4 | F | 0,5 |
| G | 0,3 | G | 0,4 |
| H | 0,2 | H | 0,3 |
| I | 0,1 | I | 0,2 |
| J | 0,05 | J | 0,15 |
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Soll nun bei einem an einer vormontierten Montagebaugruppe gemessenen Abstand d ein Soll-Abstand X eingehalten werden, wird zunächst ermittelt, ob dieser Soll-Abstand X mit einem der zur Verfügung stehenden Flachanker genau erreicht werden kann (d.h. x = X). Der zugehörige Flachanker wird entsprechend ausgewählt und eingebaut. Wird im Ausführungsbeispiel der Tabelle 1 beispielsweise ein Abstand d = 3,6 mm zwischen der Aktuatorspule und den Trägerteilen 40, 41 ermittelt, und soll ein Soll-Abstand X von 0,4 mm erreicht werden, würde ein Flachanker vom Typ F ausgewählt. Bei einem gemessenen Abstand d = 3,7 mm würde hingegen ein Flachanker vom Typ G ausgewählt.
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Liegt der Soll-Abstand X hingegen bei 0,45 mm und der Abstand d bei 3,6 mm, stünde kein Flachanker zur Verfügung, der diese Vorgabe genau erfüllt. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass ein Flachanker ausgewählt wird, bei dem der Soll-Abstand X nicht unterschritten wird und die Abweichung von diesem möglichst gering ist. Im Ausführungsbeispiel der Tabelle 1 wäre dies für den Flachanker vom Typ E der Fall, bei dem sich ein Ist-Abstand x von 0,5 mm ergeben würde.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Aktuator
- 10'
- Montagebaugruppe
- 20,20'
- Elektromagnet
- 21
- Aktuatorspule
- 30,30'
- Flachanker, Winkelleiste
- 31
- Erster Schenkel
- 32
- Zweiter Schenkel
- 33,34
- Verbindungselement, Ausnehmung, Nut
- 35,36
- Langloch
- 37
- Längskante
- 38,39
- Querkante
- 40,41
- Trägerteil
- 42,43
- Ausbuchtung, Nase, Feder
- 50
- Tauchanker
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009042777 B4 [0011]
