DE102017104979A1

DE102017104979A1 - Bedienteillagerung mit verbesserter Blattfederelementbefestigung

Info

Publication number: DE102017104979A1
Application number: DE102017104979.7A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Schmidt; Kai LANG
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-13
Also published as: CN108594985A; US20180260027A1; US10768703B2; CN108594985B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät (1), aufweisend: ein Bedienteil (2) mit einer Eingabefläche (10); einen Träger (3); Mittel (4) zur Befestigung des Bedienteils (2) an dem Träger (3), um das Bedienteil (2) in einer Schwingungsrichtung (S), bevorzugt in einer zur Eingabefläche (10) parallelen Richtung, aus einer Ruhestellung auslenkbar und elastisch rückstellend zu lagern; sowie einen Aktor (7) zur Schwingungsanregung des Bedienteils (2) in Schwingungsrichtung (S) für eine haptische Rückmeldung; wobei die Mittel (4) zur Befestigung des Bedienteils (2) mehrere Blattfederelemente (4) umfassen, die jeweils einen ersten Abschnitt (4c) zur Befestigung am Träger (3) und einen zweiten Abschnitt (4b) zur Befestigung am Bedienteil (2) und einen dazwischenliegenden Mittenabschnitt (4a) ausbilden, so dass das Bedienteil (2) elastisch schwingungsfähig am Träger (3) gelagert ist und beabstandet über den Mittenabschnitt (4a) zueinander angeordnet sind, und wobei wenigstens ein Abschnitt aus erstem Abschnitt (4c) und zweitem Abschnitt (4b) durch formschlüssige Aufnahme, wie Umspritzen, befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein berührungsempfindliches Eingabegerät mit einem Bedienteil, das schwingungsfähig gegenüber einem Träger gelagert ist, um mittels eines Aktors in Schwingungen versetzt werden zu können. Die Schwingung ist für den Bediener bei Berührung fühlbar und dient somit der Erzeugung eines haptischen Feedbacks bei der Eingabe. Eine solche Vorgehensweise ist aus dem Stand der Technik bekannt. Für diese Schwingung werden im Stand der Technik beispielsweise der US 2008055277 A1 unterschiedliche Schwingungsrichtung vorgeschlagen. Auch betreffend den Aktor, bevorzugt den elektrisch betätigten Aktor, sind unterschiedlichen Konzepte bekannt, beispielsweise eine piezoelektrische Anregung.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem der schwimmenden” und rückstellenden Lagerung des Bedienteils. Hier kommt es auf eine möglichst reibungsfreie, verschleißarme und Vandalismus resistente Lagerung an, damit die Ruhestellung des Bedienteils zuverlässig beibehalten wird. Insbesondere im Kraftfahrzeug kommt es darauf an, dass Spaltmaße von aufgrund der Relativbewegung konstruktionsbedingt zwingend vorzusehenden Spalten am Eingabegerät mit zunehmender Nutzungsdauer nicht zunehmen. Dies ist nicht nur optisch nachteilig, sondern birgt die Gefahr, dass diese Spalte zumindest auf Dauer nicht mehr zuverlässig abgedichtet werden können.
Darüber hinaus besteht Bedarf nach einer solchen Lagerung des Bedienteils, bei dem eine rückstellende Lageveränderung in der zur berührempfindlichen Eingabefläche des Bedienteils parallelen Richtung sich nach der Montage zuverlässig und vor allem reproduzierbar einstellt und beibehalten wird, um auf aufwendige Justierarbeiten verzichten zu können. Darüber hinaus muss die Rückstellungswirkung dauerhaft und dabei gleichbleibend sein, um nicht die Schwingungsanregung durch den Aktor im Betrieb nachjustieren zu müssen.
Generell sind hohe Anforderung an die Lagerung des Bedienteils zu stellen, insbesondere wenn sich die Richtung der durch den Aktor bewirkten Stoß- oder Schwingungsanregung nicht mit der Richtung der bei Berührung aufgebrachten Betätigungskraft deckt, insbesondere beide Richtungen orthogonal zueinander stehen.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass ein hinsichtlich der Lagerung verbessertes Eingabegerät bereitgestellt wird, insbesondere dessen Montage- und Justieraufwand minimiert ist. Diese Aufgabe wird durch ein Eingabegerät des Anspruchs 1 gelöst. Ein entsprechend vorteilhaftes Kraftfahrzeug sowie ein zugehöriges Montageverfahren sind jeweils Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät. Das erfindungsgemäße Eingabegerät weist ein Bedienteil, insbesondere ein Touchpad, auf. Das Bedienteil weist eine Eingabefläche, insbesondere eine berührempfindliche Eingabefläche, auf. Der Begriff Touchpad” im Sinne der Erfindung ist weit auszulegen und betrifft jegliches berührempfindliches Eingabegerät, bei dem ortsauflösend eine Berührung einer Eingabefläche detektiert wird. Bevorzugt ist ein Touchpad vorgesehen, um beispielsweise entsprechend einem Berührungsverlauf eine Eingabe, beispielsweise die Steuerung eines Cursors auf einem Display, zu bewirken.
Erfindungsgemäß kann das Touchpad Teil einer Kombination aus Anzeige- und berührempfindlicher Eingabefläche („touchscreen“) sein oder eine displaylose, also rein berührempfindliche Eingabefläche definieren. Die Berührkoordinaten bzw. deren Verläufe werden beispielsweise kapazitiv, resistiv oder optisch ermittelt.
Der Begriff Bedienteil” umfasst ferner beispielsweise einen die berührempfindliche Eingabefläche, bzw. das Touchpad unterstützendes und damit starr verbundenes Grundteil. Das Grundteil wird beispielsweise aus Formmasse, beispielsweise einem Duroplast oder Thermoplast, in einem formgebenden Verfahren wie einem Spritzgussverfahren hergestellt.
Das erfindungsgemäße Eingabegerät weist einen Träger auf, an dem das Bedienteil, bzw. Touchpad, beweglich gelagert ist. Das erfindungsgemäße Eingabegerät umfasst ferner Mittel zur Befestigung des Bedienteils an dem Träger, um das Bedienteil in einer Schwingungsrichtung aus einer Ruhestellung auslenkbar und elastisch in die Ruhestellung rückstellend zu lagern. Bevorzugt ist die Schwingungsrichtung parallel zur Eingabefläche orientiert.
Anders ausgedrückt, es ist eine Bewegung des Bedienteils samt seines gegebenenfalls vorgesehenen Grundteils aus oder bevorzugt um die Ruhestellung ermöglicht.
Zur Detektion einer auf die Eingabefläche wirkenden Betätigungskraft ist gemäß einer Ausgestaltung ein Kraftsensor, beispielsweise ein kapazitiver Kraftsensor, vorgesehen. Beispielsweise wird bei Überschreiten einer vorgegebenen Betätigungskraft ein haptisches, durch den Aktor erzeugtes Feedback ausgelöst. Beispielsweise ist der Kraftsensor zwischen dem Träger und einem Gehäuse, an dem der Träger elastisch nachgebend oder beweglich gelagert ist, angeordnet.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Aktor zur Schwingungsanregung des Bedienteils in Schwingungsrichtung und damit zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung in die besagte Schwingungsrichtung vorgesehen. Bevorzugt handelt es sich um einen elektrisch betätigten Aktor. Noch bevorzugter ist ein elektromagnetischer Aktor vorgesehen, der einen Anker und eine mit dem Anker elektromagnetisch zusammenwirkende, elektrische Spule umfasst.
Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zur Befestigung des Bedienteils mehrere, beispielsweise vier, Blattfederelemente. Die Blattfederelemente sind identisch ausgebildet. Diese sind ferner bevorzugt aus Federstahl, beispielsweise in einem Stanzschritt, hergestellt. Jedes Blattfederelement weist einen ersten Abschnitt zur Befestigung am Träger und einen zweiten zur Befestigung am Bedienteil, beispielsweise dessen Grundteil, auf. Jedes Blattfederelement bildet ferner einen zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt vorgesehenen Mittenabschnitt aus, so dass Träger und Bedienteil elastisch schwingungsfähig und beabstandet über den als Biegebalken fungierenden Mittenabschnitt zueinander angeordnet sind. Die Hauptflächen der Mittenabschnitte sind im Wesentlichen senkrecht zur Schwingungsrichtung orientiert und weisen im Vergleich zu ihrer Nachgiebigkeit in Schwingungsrichtung eine hohe Steifigkeit bei Druck- und Zugbeanspruchung in Längsrichtung auf.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Abschnitt aus erstem und zweitem Abschnitt durch formschlüssige Aufnahme, wie Umspritzen, befestigt ist. Mittels der formschlüssigen Aufnahme, insbesondere durch das Umspritzen, wird eine sichere und spielfreie Befestigung erreicht, so dass sich insgesamt eine hohe Montagegenauigkeit einstellt. Nachjustierschritte können so entfallen. Bevorzugt ist die formschlüssige Aufnahme zwischen dem Bedienteil, insbesondere dem Grundteil, und dem Blattfederelement, d.h. dem ersten Abschnitt, vorgesehen.
Somit wird in erster Linie durch den Mittenabschnitt eine Rückstellung in die Ruhestellung des Blattfederelements und damit des Bedienteils relativ zum Träger bewirkt.
Ein häufig verwendetes Verfahren in der Herstellung von Formteilen bietet das Umspritzen von Bauteilen, wie hier den Blattfederelementen, wobei das fertig ausgebildete Formteil auch als Verbundteil bezeichnet wird. Durch das Umspritzen wird eine genaue Positioniergenauigkeit des Blattfederelements im Verbundteil und letztlich eine präzise Funktion des Eingabegeräts erreicht.
Beim Umspritzen von Bauteilen, wie den Blattfederelementen, werden diese in das so genannte durch das Spritzgießwerkzeug definierte Formnest eingesetzt. Das Spritzgießwerkzeug, das für das Aufnehmen und Verteilen der Formmasse und das Ausformen des Verbundteils verantwortlich ist, umfasst eine Düsenseite und eine Auswerferseite, die durch eine Trennebene getrennt sind. Mit Hilfe der Spritzmaschinendüse wird die Formmasse durch eine Angussbuchse in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt und verteilt sich in dem Formnest, in dem sich die Blattfederelemente befinden. Durch diesen Vorgang entsteht ein die umspritzten Blattfederelemente umfassendes Verbundteil, das auf der Auswerferseite des Spritzgießwerkzeuges ausgegeben wird. Beim Umspritzen eines Bauteils, wie dem Blattfederelement, in einem Formnest muss es im Formnest fixiert werden, was zumeist über vorspringende Haltenasen oder Zapfen erfolgt, die in der Regel an der späteren Außenkontur anliegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der durch Umspritzen aufgenommene Abschnitt aus erstem und zweitem Abschnitt mit Durchbrüchen versehen, damit diese von Formmasse durchdrungen eine zusätzliche Festlegung des Abschnitts bewirken.
Bevorzugt sind der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der Mittenabschnitt des Blattfederelements in der Ruhestellung des Bedienteils, d.h. in der nichtausgelenkten Stellung des Bedienteils, in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Bevorzugt sind der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils in einer zur berührempfindlichen Eingabefläche senkrechten Ebene angeordnet.
Bevorzugt sind die Blattfederelemente, d.h. alle vorgesehenen Blattfederelemente, parallel zueinander ausgerichtet.
Gemäß einer bevorzugten Variante des Eingabegeräts ist vorgesehen, dass das Bedienteil über die Blattfederelemente hängend am Träger gelagert ist. Dadurch ist eine schwerkraftunterstützte Rückstellung in die Ruhelage ermöglicht.
Bevorzugt ist wenigstens ein Abschnitt aus erstem und zweitem Abschnitt durch Rastaufnahme befestigt. Bevorzugt ist der zweite Abschnitt mit dem Träger verrastet. Beispielsweise weist der zweite Abschnitt einen Rastdurchbruch auf, in den eine trägerseitige Rastnase eingreift, um das Blattfederelement am Träger festzulegen.
Bevorzugt sind wenigstens zwei Blattfederelemente einstückig ausgebildet. Dadurch wird der Vorgang des Umspritzens, insbesondere das Einrichten des Spritzgusswerkzeugs, wie das Einbringen und Positionieren der Blattfederelemente in dem durch das Spritzgießwerkzeug definierte Formnest erleichtert.
Bevorzugt sind die zwei einstückig ausgebildeten Blattfederelemente rahmenförmig ausgebildet und die ersten Abschnitte und zweiten Abschnitte jeweils über Verbindungsabschnitte verbunden.
Bevorzugt weist der Aktor eine elektrische Spule und einen mit der elektrischen Spule elektromagnetisch zusammenwirkenden Anker auf und der Anker ist in dem Bedienteil formschlüssig, beispielsweise durch Umspritzen, aufgenommen. Dadurch kann die Positioniergenauigkeit des Ankers insbesondere betreffend dessen relative Anordnung zu den Blattfederelementen erhöht werden. Beispielsweise wird der Anker zusammen mit den Blattfederelementen in dem Formnest positioniert und mit Formmasse umspritzt, um ein das Grundteil ausbildendes Verbundteil zu erhalten. Letztlich stellt sich so zuverlässiger ein vorgegebenes Schwingungsverhalten bei der Erzeugung des haptischen Feedbacks ein, Kompensationen der Serienschwankungen durch Nachjustage können so entfallen. Die Fertigungsqualität kann gesteigert werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Montage eines Eingabegeräts in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren einen Schritt des Umspritzens aufweist, bei dem wenigstens ein zum Eingabegerät gehöriges Verbundteil, beispielsweise der Träger oder ein zum Bedienteil gehöriges Grundteil, durch Umspritzen der Blattfederelemente mit Formmasse erzeugt wird.
Gemäß einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird ferner beim Schritt des Umspritzens der zum Aktor gehöriger Anker mit Formmasse umspritzt. Dadurch kann die Positioniergenauigkeit des Ankers insbesondere betreffend dessen relative Anordnung zu den Blattfederelementen erhöht werden. Letztlich stellt sich so zuverlässiger ein vorgegebenes Schwingungsverhalten ein, Kompensationen der Serienschwankungen durch Nachjustage können so entfallen. Die Fertigungsqualität kann gesteigert werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, welches ein berührungsempfindliches Eingabegerät in einer der zuvor und nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen aufweist.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigt, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:

1 eine schematische Schnittansicht durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 1;
2 eine detaillierte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts;
3 eine detaillierte weitere Schnittansicht der Ausführungsform aus 2.

1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 1. Es weist ein Bedienteil 2 auf, welches ein Grundteil 2b und ein auf dem Grundteil 2b befestigtes Touchpad 2a umfasst. Das Touchpad 2a definiert eine berührempfindliche Eingabefläche 10, die dem nicht dargestellten Bediener zugewandt ist, damit dieser durch händische Berührung Eingaben auf der berührempfindlichen Eingabefläche 10 vornehmen kann.
Das Bedienteil 2 ist in einer Schwingungsrichtung S aus der in 1 gezeigten Ruhestellung auslenkbar und elastisch rückstellend gelagert, wobei eine über die Blattfederelemente 4 hängende Befestigung des Bedienteils 2 vorgesehen ist. Die schwingend und elastisch rückstellende Befestigung ist vorgesehen, um eine Schwingungsanregung durch den Aktor 7 zur haptischen Rückmeldung an den Bediener vornehmen zu können. Der Aktor 7 umfasst eine am Träger 3 befestigte, elektrische Spule 7a und einen mit der Spule 7a magnetisch zusammenwirkenden, am Bedienteil 2 befestigten Anker 7b. Die schwingend rückstellende Lagerung wird durch die mehreren, parallel zueinander angeordneten Blattfederelemente 4 aus gestanztem Federstahlblech erreicht. Die Blattfederelemente 4 sowie der Anker 7b sind durch Umspritzen an dem Bedienteil 2 befestigt, indem in einem formgebenden Verfahren das Grundteil 2b durch Umspritzen der in einem zugehörigen Formnest eines Spritzgießwerkzeugs angeordneten Blattfederelemente 4 und des Ankers als Verbundteil hergestellt wurde. Dadurch ist der für die Verbindung mit dem Bedienteil 2 vorgesehene, zweite Abschnitt 4b des Blattfederelements 4 jeweils durch formschlüssige Aufnahme am Bedienteil 2 befestigt, wohingegen der zur Befestigung mit dem Träger 3 vorgesehene erste Abschnitt 4c durch Rastmittel 5 an diesem festgelegt ist. Die Rastmittel 5 sind als trägerseitige Rastnase ausgebildet, die in einen Durchbruch des Blattfederelements 4 insbesondere des ersten Abschnitts 4c eingreift. Erster Abschnitt 4c und zweiter Abschnitt 4b sind über einen Mittenabschnitt 4a verbunden und alle drei Abschnitte sind in der Ruhestellung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die orthogonal zur Eingabefläche 10 ist.
Die 2 und 3 zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 1, das sich dadurch auszeichnet, dass zwei Blattfedern 4 jeweils rahmenförmig unter Ausbildung eines zentralen Durchbruchs miteinander verbunden sind, d.h. die ersten Abschnitte 4c und die zweiten Abschnitte 4b sind jeweils über einen Steg miteinander verbunden. Der zentrale Durchbruch dient zur Verrastung des ersten Abschnitts 4a mit dem Träger 3, indem die trägerteilseitigen Rastnasen 5 in diesen Durchbruch eingreifen. Gleichzeitig sind Stützstege 6 am Träger 3 vorgesehen, um die Blattfederelemente 4 im Bereich des ersten Abschnitts 4a stützend zu stabilisieren und bei der Verrastung spielfreistellend zu halten. Die zweiten Abschnitte 4b sind durch Umspritzen formschlüssig in dem zum Bedienteil 2 gehörigen Grundteil 2b aufgenommen. Der zweite Abschnitt 4b des Blattfederelements 4 weist, wie 3 zeigt, Durchbrüche 4d auf, welche beim Umspritzen von der das Grundteil 2b ausbildenden Formmasse durchdrungen wurden, um die Blattfederelemente 4 bedienteilseitig festzulegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008055277 A1 [0001]

Claims

Eingabegerät (1), aufweisend: ein Bedienteil (2) mit einer Eingabefläche (10); einen Träger (3); Mittel (4) zur Befestigung des Bedienteils (2) an dem Träger (3), um das Bedienteil (2) in einer Schwingungsrichtung (S), bevorzugt in einer zur Eingabefläche (10) parallelen Richtung, aus einer Ruhestellung auslenkbar und elastisch rückstellend zu lagern; sowie einen Aktor (7) zur Schwingungsanregung des Bedienteils (2) in Schwingungsrichtung (S) für eine haptische Rückmeldung; wobei die Mittel (4) zur Befestigung des Bedienteils (2) mehrere Blattfederelemente (4) umfassen, die jeweils einen ersten Abschnitt (4c) zur Befestigung am Träger (3) und einen zweiten Abschnitt (4b) zur Befestigung am Bedienteil (2) und einen dazwischenliegenden Mittenabschnitt (4a) ausbilden, so dass das Bedienteil (2) elastisch schwingungsfähig am Träger (3) gelagert ist und beabstandet über den Mittenabschnitt (4a) zueinander angeordnet sind, und wobei wenigstens ein Abschnitt aus erstem Abschnitt (4c) und zweitem Abschnitt (4b) durch formschlüssige Aufnahme, wie Umspritzen, befestigt ist.
Eingabegerät (1) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt (4c), der zweite Abschnitt (4b) und der Mittenabschnitt (4a) in der Ruhestellung des Bedienteils (2) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Abschnitt (4c) und der zweite Abschnitt (4b) jeweils in einer zur berührempfindlichen Eingabefläche (10) senkrechten Ebene angeordnet sind.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blattfederelemente (4) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bedienteil (2) über die Blattfederelemente (4) hängend am Träger (3) gelagert ist.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Abschnitt aus erstem Abschnitt (4c) und zweitem Abschnitt (4b) durch Rastmittel (5) befestigt ist.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils wenigstens zwei Blattfederelemente (4) einstückig ausgebildet sind.
Eingabegerät (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zwei einstückig ausgebildeten Blattfederelemente (4) rahmenförmig ausgebildet sind und die ersten Abschnitte (4c) und zweiten Abschnitte (4b) jeweils über Verbindungsabschnitte verbunden sind.
Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktor (7) eine Spule (7a) und einen mit der Spule (7a) zusammenwirkenden Anker (7b) aufweist und der Anker (7b) in dem Bedienteil (2) formschlüssig, beispielsweise durch Umspritzen, aufgenommen ist.
Verfahren zur Montage eines Eingabegeräts (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Schritt des Umspritzens, bei dem wenigstens ein zum Eingabegerät (1) gehöriges Verbundteil, beispielsweise der Träger (3) oder ein zum Bedienteil (2) gehöriges Grundteil (2b), durch Umspritzen der Blattfederelemente (4) mit Formmasse erzeugt wird.
Verfahren zur Montage eines Eingabegeräts gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei beim Schritt des Umspritzens ferner ein zum Aktor (7) gehöriger Anker (7b) mit Formmasse umspritzt wird.
Kraftfahrzeug, aufweisend ein Eingabegerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.