DE102018109321A1

DE102018109321A1 - Bedieneinrichtung, Verfahren zum Betrieb einer Bedieneinrichtung und Eingabevorrichtung mit einer Bedieneinrichtung

Info

Publication number: DE102018109321A1
Application number: DE102018109321.7A
Authority: DE
Inventors: Joachim Hentschel; Sascha Staude
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2019-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische, durch Drücken betätigbare Bedieneinrichtung (10) für eine Eingabevorrichtung, ein Verfahren zum Betrieb einer Bedienvorrichtung (10) und eine Eingabevorrichtung mit einer Bedienvorrichtung (10), wobei die Bedienvorrichtung (10) eine Bedieneinheit mit einer Bedienoberfläche (1), eine Trägereinrichtung (3), ein Federelement (4) und eine kapazitive Sensoreinrichtung umfasst. Die Bedieneinheit ist über das Federelement (4) mit der Trägereinrichtung (3) gekoppelt, wobei das Federelement (4) eine aus wenigstens zwei Schenkeln (4A, 4B, 4C) zusammengesetzte Biegefeder ist und einen ersten Schenkel (4A) und einen zweiten Schenkel (4B) aufweist. Die kapazitive Sensoreinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Änderung eines Abstands (d) zwischen dem zweiten Schenkel (4B) des Federelements (4) und der Trägereinrichtung (3) und/oder der Bedieneinheit in Abhängigkeit von einer auf die Bedienoberfläche (1) aufgebrachten Druckkraft kapazitiv zu erfassen. In einem unbelasteten Zustand der Bedieneinrichtung (10) erstreckt sich der erste Schenkel (4A) des Federelements (4) parallel zu einer idealen Haupt-Betätigungsrichtung (R) der Bedieneinrichtung (10), insbesondere senkrecht zur Bedienoberfläche (1), und der zweite Schenkel (4B) erstreckt sich in einem Winkel von 90°+/-45° Grad zum ersten Schenkel (4A).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische, wenigstens durch Drücken betätigbare Bedieneinrichtung für eine Eingabevorrichtung, insbesondere für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs, wobei die Bedieneinrichtung eine Bedieneinheit mit einer Bedienoberfläche, eine Trägereinrichtung, wenigstens ein Federelement und eine kapazitive Sensoreinrichtung umfasst.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Bedieneinrichtung sowie eine Eingabevorrichtung mit einer derartigen Bedieneinrichtung.
Durch Drücken betätigbare Bedieneinrichtungen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise in Form von Druckschaltern. Druckschalter kommen beispielsweise als Tasten einer Tastatur zum Einsatz sowie auch in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs als Teil von Eingabevorrichtungen, welche in der Regel mehrere und häufig eine Vielzahl an unterschiedlichen Bedieneinrichtungen aufweisen.
Aus der US 2010/0059394 A1 ist beispielsweise eine durch Drücken betätigbare Bedieneinrichtung bekannt, die eine über eine mehrschenklige Biegefeder abgestützte Bedienoberfläche aufweist, wobei die Biegefeder blattfederähnlich ausgebildet ist und wie ein querliegendes V in Bezug auf die Bedienoberfläche bzw. die vorgesehene Betätigungsrichtung ausgebildet und angeordnet ist. Zum Erfassen, ob ein Finger eines Bedieners sich in der Nähe der Bedieneinrichtung befindet, insbesondere in der Nähe der zugehörigen Bedienoberfläche, ist eine kapazitive Näherungssensoreinrichtung vorgesehen.
Des Weiteren ist aus der WO 88/07753 ein Druckschalter bekannt, insbesondere als Taste einer Tastatur, bei welchem die Taste über eine mehrschenklige Biegefeder an einer Basis abgestützt ist, wobei die Biegefeder ebenfalls blattfederähnlich ausgebildet ist und wie ein querliegendes V in Bezug auf die Bedienoberfläche bzw. die vorgesehene Betätigungsrichtung ausgebildet und angeordnet ist, und wobei ein unterer Schenkel der Biegefeder Teil eines kapazitiven Schalters sein kann, der mit einem an der Basis befestigten weiteren Teil des kapazitiven Schalters zusammenwirken kann, um eine Schaltung zu bewirken.
Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Bedieneinrichtungen bekannt, beispielsweise von Smartphones, welche eine haptische Rückmeldung an einen Bediener geben können, insbesondere, um den Bediener über eine erfolgreiche Bedieneingabe und/oder eine nicht erfolgreiche Bedieneingabe zu informieren.
Insbesondere bei nicht-mechanischen Bedieneinrichtungen gewinnt die haptische Rückmeldung zunehmend an Bedeutung, da bei diesen in der Regel durch die fehlende Mechanik kein „Klickgeräusch“ oder ähnliches mehr entsteht.
Durch eine entsprechend geeignete haptische Rückmeldung kann eine Bedienerfreundlichkeit jedoch erheblich verbessert werden. Insbesondere kann auf diese Weise eine intuitive Bedienbarkeit verbessert werden, welche maßgeblich von der Erwartungskonformität der Bedieneinrichtung abhängt, d.h. wie erwartungskonform sich die jeweilige Bedieneinrichtung verhält. Dabei wird es von den meisten Bedienern insbesondere als positiv empfunden, wenn eine eindeutige Rückmeldung erfolgt, die den Bediener erkennen lässt, ob eine vorgenommene Eingabe erfolgreich war oder nicht.
Zur Erzeugung von haptischen Rückmeldungen in Bedieneinrichtungen, insbesondere zur Erzeugung von haptischen Rückmeldungen an Bedienoberflächen, wie vor allem an Touchpads oder Touch-Displays oder anderen, insbesondere nicht-mechanischen Bedieneinrichtungen, können verschiedene Aktuatorsysteme eingesetzt werden, beispielsweise Piezo-Aktuatoren.
Die erzeugbare haptische Rückmeldung, insbesondere das mittels der erzeugten Rückmeldung erreichbare haptische Bediengefühl, hängt dabei maßgeblich von der Ausgestaltung der Bedieneinrichtung ab und von dem Einfluss der Komponenten, die für die eigentliche Betätigung der Bedieneinrichtung vorgesehen sind.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative, insbesondere eine verbesserte, wenigstens durch Drücken betätigbare Bedieneinrichtung für eine Eingabevorrichtung bereitzustellen sowie ein alternatives Verfahren zum Betrieb einer solchen Bedieneinrichtung, insbesondere ein verbessertes Verfahren, und eine alternative, insbesondere eine verbesserte Eingabevorrichtung mit einer solchen Bedieneinrichtung.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektronische Bedieneinrichtung, durch ein Verfahren zum Betrieb einer Bedieneinrichtung sowie durch eine Eingabevorrichtung mit einer Bedieneinrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Eine erfindungsgemäße elektronische, wenigstens durch Drücken betätigbare Bedieneinrichtung für eine Eingabevorrichtung, insbesondere für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs, umfasst eine Bedieneinheit mit einer Bedienoberfläche, eine Trägereinrichtung, wenigstens ein Federelement und eine kapazitive Sensoreinrichtung. Die Bedieneinheit ist dabei über das Federelement mit der Trägereinrichtung gekoppelt und über das Federelement zumindest teilweise an der Trägereinrichtung abgestützt. Das Federelement ist eine aus wenigstens zwei Schenkeln zusammengesetzte Biegefeder, insbesondere eine mehrschenklige Biegefeder, und weist wenigstens einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel auf. Die kapazitive Sensoreinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Änderung des Abstands zwischen dem zweiten Schenkel des Federelements und der Trägereinrichtung oder eine Abstandsänderung zwischen dem zweiten Schenkel des Federelements und der Bedieneinheit in Abhängigkeit von einer auf die Bedienoberfläche aufgebrachten Druckkraft kapazitiv zu erfassen.
Erfindungsgemäß erstreckt sich in einem unbelasteten Zustand der Bedieneinrichtung, das heißt in einem Zustand, in welchem die Bedieneinrichtung nicht mit einer von einem Bediener aufgebrachten Druckkraft beaufschlagt ist, der erste Schenkel des Federelements parallel zu einer idealen Haupt-Betätigungsrichtung der Bedieneinrichtung, insbesondere senkrecht zur Bedienoberfläche, während sich der zweite Schenkel in diesem Zustand in einem Winkel von 90° +/- 45° zum ersten Schenkel erstreckt.
Eine derartige erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung des Federelements ermöglicht die Bereitstellung einer elektronischen Bedieneinrichtung mit einer besonders vorteilhaften Lagerung der Bedienoberfläche innerhalb der Bedieneinrichtung.
Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausgestaltung des Federelements, insbesondere mit nur einem Federelement, unabhängig von der für eine präzise und zuverlässige Erfassung einer auf die Bedienoberfläche aufgebrachten Druckkraft erforderlichen Federsteifigkeit eine haptische Rückmeldung durch Erzeugen einer Rückmeldungskraft realisiert werden, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung.
Der sich in einer Richtung parallel zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung erstreckende erste Schenkel des Federelements ermöglicht dabei eine besonders biegeweiche Lagerung der Bedienoberfläche, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung bei gleichzeitiger präziser Übertragung einer aufgebrachten Druckkraft an den zweiten Schenkel.
Die Biegeweichheit der Lagerung der Bedienoberfläche, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung, d.h. in Querrichtung zu dieser, kann dabei über die Biegesteifigkeit und/oder die Länge und/oder die Geometrie des ersten Schenkels nahezu frei eingestellt werden, wobei die erreichbare Biegeweichheit allerdings durch die Knickstabilität des ersten Schenkels begrenzt ist. Dies ermöglicht eine flexible Einstellung einer haptischen Rückmeldung, insbesondere des haptischen Bediengefühls der erzeugten Rückmeldung.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des zweiten Schenkels in einem Winkel von 90° +/- 45° zum ersten Schenkel kann eine auf die Bedienoberfläche aufgebrachte Druckkraft präzise und zumindest teilweise unabhängig von einer erzeugten Rückmeldung erfasst werden, d.h. eine negative Beeinflussung der kapazitiven Druckkrafterfassung durch die erzeugte Rückmeldung kann reduziert und in einigen Fällen sogar ganz vermieden werden. Bei entsprechender Ausgestaltung der Bedieneinrichtung und einer Anordnung des zweiten Schenkels in einem Winkel von 90° +/- 0° kann die Druckkraft sogar vollständig unabhängig von einer gegebenenfalls gleichzeitig erzeugten Rückmeldung erfasst werden.
Über die Biegesteifigkeit und/oder Länge des zweiten Schenkels und/oder die Geometrie des zweiten Schenkels kann die Rückstellkraft des Federelements und damit ein Betätigungs-Bediengefühl flexibel eingestellt werden, insbesondere unabhängig von der Biegesteifigkeit bzw. Biegeweichheit des ersten Schenkels und damit unabhängig von einem Rückmeldungs-Bediengefühl.
Dadurch kann eine Bedieneinrichtung bereitgestellt werden, welche einerseits die Erzeugung einer ausreichend großen, einer auf die Bedienoberfläche aufgebrachten Druckkraft entgegenwirkenden Rückstellkraft ermöglicht, und welche andererseits gleichzeitig aber auch eine in einer Richtung, insbesondere senkrecht zu einer idealen Haupt-Betätigungsrichtung, ausreichend flexible, insbesondere ausreichend bewegliche Lagerung der Bedienoberfläche ermöglicht, so dass zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung nur kleine Kräfte erforderlich sind.
Insbesondere ermöglicht eine erfindungsgemäße Bedieneinrichtung eine flexible Anpassung, insbesondere eine flexible Einstellung der gewünschten Eigenschaften einer elektronischen Bedieneinrichtung, da die Federsteifigkeit des ersten Schenkels des Federelements und des zweiten Schenkels des Federelements unabhängig voneinander gewählt werden können, ohne sich wechselseitig nennenswert zu beeinflussen. Die Steifigkeit des ersten Schenkels muss lediglich wenigstens derart dimensioniert sein, dass beim Aufbringen einer Druckkraft auf die Bedienoberfläche ein Knicken des ersten Schenkels vermieden wird.
Durch die flexible Wahl der Federsteifigkeit des Federelements, insbesondere des ersten Schenkels und des zweiten Schenkels, kann in vielen Anwendungsfällen zum einen auf einfache Art und Weise eine Auflösung der Sensorvorrichtung im Hinblick auf die kapazitive Erkennung der aufgebrachten Druckkraft verbessert werden (durch die Möglichkeit einer optimalen Anpassung der Steifigkeit des zweiten Schenkels) sowie zum anderen eine flexible, und damit verbesserte, Erzeugung einer haptischen Rückmeldung erreicht werden.
Eine Bedieneinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei eine Einrichtung, mittels derer ein Bediener eine Eingabe bewirken kann, insbesondere durch Erzeugen und/oder Auslösen eines Schaltsignals durch Betätigen der Bedieneinrichtung.
Eine durch Drücken betätigbare Bedieneinrichtung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Bedieneinrichtung, welche durch Aufbringen einer Druckkraft bedienbar, insbesondere betätigbar, ist.
Unter einer Eingabevorrichtung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche wenigstens eine Bedieneinrichtung aufweist.
Eine Bedienoberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Oberfläche, welche dazu vorgesehen ist, für eine Bedienung von einem Bediener berührt zu werden. Eine Bedienoberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere die Blende einer Bedieneinrichtung sein, ein Touchpad, ein Bedienknopf, ein Druckschaltknopf, ein Display, ein Drück-Drehknopf oder dergleichen, wobei die Bedienoberfläche in aus dem Stand der Technik bekannter Art und Weise beleuchtet und/oder hinterleuchtet sein kann und/oder ein oder mehrere Symbole und/oder ein oder mehrere Anzeigen aufweisen kann.
Eine Trägereinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung, welche dazu ausgebildet ist, wenigstens die Bedienoberfläche der Bedieneinrichtung zumindest teilweise abzustützen. Darüber hinaus können an einer Trägereinrichtung auch ein oder mehrere weitere Komponenten abgestützt und/oder befestigt sein, wobei die Trägereinrichtung ein Gehäuse, ein Teil eines Gehäuses oder eine Trägerplatte, insbesondere eine in einem Gehäuse abgestützte Trägerplatte, insbesondere eine Leiterplatte, sein kann.
Unter einer Bedieneinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Baugruppe verstanden, welche wenigstens die Bedienoberfläche umfasst, jedoch auch weitere Komponenten umfassen kann.
Unter der Haupt-Betätigungsrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird diejenige Betätigungsrichtung verstanden, in welcher eine Druckkraft auf die Bedieneinrichtung aufzubringen ist, um die Bedieneinrichtung durch Drücken zu betätigen.
Die ideale Haupt-Betätigungsrichtung ist dabei diejenige Richtung, in welcher eine für eine Betätigung der Bedieneinrichtung erforderliche Druckkraft idealerweise aufgebracht wird, wobei die ideale Haupt-Betätigungsrichtung insbesondere diejenige Haupt-Betätigungsrichtung ist, in welcher die geringste Druckkraft zum Betätigen der Bedieneinrichtung erforderlich ist.
Die Bedienoberfläche, insbesondere die Bedieneinheit, ist dabei vorzugsweise derart innerhalb der Bedieneinrichtung gelagert, insbesondere derart an der Trägereinrichtung abgestützt und/oder in einem Gehäuse der Bedieneinrichtung gelagert, dass wenigstens die Bedienoberfläche in einer Richtung parallel zur Haupt-Betätigungsrichtung für eine vorgesehene Betätigung ausreichend beweglich gelagert ist, insbesondere derart, dass eine ausreichende Druck-Bedienkraft aufbringbar ist und das wenigstens eine Federelement ausreichend biegbar ist, insbesondere derart, dass eine ausreichende Auflösung der kapazitiven Erfassung der Abstandsänderung möglich ist, um eine präzise, druckkraftabhängige Betätigung der Bedieneinrichtung zu ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung weist wenigstens ein Schenkel des Federelements ein flächiges Federelement auf oder ist ein flächiges Federelement, insbesondere ein ein- oder mehrlagiges flächiges Federelement. Insbesondere kann wenigstens ein Schenkel des Federelements eine ein- oder mehrlagige Blattfeder aufweisen oder als ein- oder mehrlagige Blattfeder ausgebildet sein. Wenigstens ein Schenkel kann auch einen Federstab aufweisen oder durch einen Federstab gebildet sein.
Vorzugsweise weisen der erste Schenkel und der zweite Schenkel unterschiedliche Biegesteifigkeiten auf. Der erste Schenkel und der zweite Schenkel können aber auch gleiche Biegesteifigkeiten aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist das wenigstens eine Federelement dabei derart ausgebildet, dass es, insbesondere im Zusammenwirken mit gegebenenfalls wenigstens einem weiteren vorhandenen Federelement, die Bedienoberfläche in einem unbelasteten Zustand in einer Bedienposition hält. Das heißt, die Steifigkeit des wenigstens einen Federelements ist vorzugsweise derart gewählt, dass jeweils eine Rückstellung der Bedienoberfläche in die Bedienposition erfolgt, sobald die Bedieneinrichtung nicht mehr mit einer entsprechenden Bedien- oder Betätigungskraft beaufschlagt ist.
Vorzugsweise ist die Bedieneinrichtung derart ausgebildet, insbesondere das Federelement, dass das Aufbringen einer Druckkraft, insbesondere einer Betätigungs-Druckkraft senkrecht zur Bedienoberfläche, eine zumindest teilweise Biegung des Federelements bewirkt. Dabei dient der erste Schenkel insbesondere zur Übertragung der auf die Bedienoberfläche aufgebrachten Druckkraft an den zweiten Schenkel.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist die Bedieneinrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, insbesondere das Federelement, und das Federelement insbesondere derart in der Bedieneinrichtung angeordnet und gelagert, dass das Aufbringen einer Druckkraft eine Verlagerung des ersten Schenkels bewirkt, insbesondere parallel zur idealen Betätigungsrichtung, insbesondere senkrecht zur Bedienoberfläche.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung erzeugt das wenigstens eine Federelement eine einer aufgebrachten Druckkraft entgegenwirkende Rückstellkraft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist die Bedieneinrichtung derart ausgebildet, insbesondere das Federelement, dass eine auf den zweiten Schenkel in Richtung der idealen Haupt-Betätigungsrichtung aufgebrachte Druckkraft keine Biegung des ersten Schenkels bewirkt, aber eine Biegung des zweiten Schenkels, insbesondere derart, dass sich ein Abstand des zweiten Schenkels von der Trägereinrichtung und/oder der Bedieneinheit ändert. Besonders bevorzugt biegt sich der zweite Schenkel dabei nach Art eines einseitig fest eingespannten Biegebalkens mit einem mit einer Druckkraft belasteten freien Ende. Mit Kenntnis der Biegesteifigkeit des Federelements kann somit auf besonders einfache Art und Weise aus der erfassten Abstandsänderung auf die aufgebrachte Druckkraft geschlossen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist die Bedieneinrichtung derart ausgebildet, insbesondere das Federelement, dass eine auf den ersten Schenkel senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung aufgebrachte Kraft, insbesondere eine Rückmeldungskraft, eine Biegung des ersten Schenkels bewirkt, aber keine Biegung des zweiten Schenkels, so dass in diesem Fall keine Abstandsänderung zwischen dem Federelement und der Trägereinrichtung und/oder der Bedieneinheit bewirkt wird.
Das heißt mit anderen Worten, dass vorzugsweise insbesondere das Federelement derart ausgestaltet ist, dass das Erzeugen einer haptischen Rückmeldung mittels einer in einer Richtung senkrecht zur Haupt-Betätigungsrichtung wirkenden Rückmeldungskraft möglich ist, welche besonders bevorzugt nicht zu einer Abstandsänderung zwischen dem Federelement, insbesondere dem zweiten Schenkel des Federelements, und der Trägereinrichtung und/oder der Bedieneinheit führt.
Je geringer die Wechselwirkungen zwischen dem Rückmeldungserzeugungssystem und den Komponenten sind, die für die eigentliche Betätigung der Bedieneinrichtung vorgesehen sind, umso genauer kann eine aufgebrachte Druckkraft erfasst werden und desto freier und flexibler kann eine gewünschte haptische Rückmeldung eingestellt werden, d.h. je geringer die Biegung des ersten Schenkels beim Aufbringen einer Druckkraft ist und je geringer die Biegung des zweiten Schenkels beim Erzeugen einer Rückmeldung sind, desto vorteilhafter ist eine erfindungsgemäße Bedieneinrichtung.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung erstreckt sich der zweite Schenkel in einem unbelasteten Zustand der Bedieneinrichtung in einem Winkel von 90° +/- 30° zum ersten Schenkel, insbesondere in einem Winkel von 90° +/- 5°, insbesondere in einem Winkel von genau 90° zum ersten Schenkel.
Mit zunehmender Rechtwinkligkeit zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel kann die Entkopplung der infolge einer aufgebrachten Druckkraft entstehenden Biegung von der infolge einer aktiven haptischen Rückmeldung entstehenden Biegung des Federelements verbessert werden, wodurch die Flexibilität bei der Ausgestaltung und Auslegung der Bedieneinrichtung im Hinblick auf ihre Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf ihre haptischen Eigenschaften, erhöht werden kann. Mit einem Federelement, dessen zweiter Schenkel sich in einem Winkel von 90° zum ersten Schenkel erstreckt, kann folglich die beste Entkopplung erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften, besonders bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung erstreckt sich der zweite Schenkel wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, parallel zur Bedienoberfläche und/oder wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, parallel zur Trägereinrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung grenzen der erste Schenkel und der zweite Schenkel unmittelbar aneinander an, wobei vorzugsweise ein Ende des ersten Schenkels mit dem Ende des zweiten Schenkels verbunden ist.
Dadurch kann eine besonders einfache Ausgestaltung des Federelements erreicht werden und eine einfache Anbindung und/oder Befestigung des Federelements innerhalb der Bedieneinrichtung ermöglicht werden, da insbesondere keine weiteren Verbindungselemente zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel erforderlich sind.
In einer alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung können der erste Schenkel und der zweite Schenkel auch über wenigstens ein Zwischenelement miteinander verbunden sein.
Wichtig dabei ist lediglich, dass der erste Schenkel nahezu parallel zur Haupt-Betätigungsrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise weist der erste Schenkel außerdem, insbesondere wenn eine Rückmeldungserzeugungseinrichtung vorgesehen ist, eine entsprechend Mindestlänge auf, um die erforderliche Biegeweichheit in Richtung einer Rückmeldungserzeugungskraft aufzuweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung weist das Federelement ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, wobei das Federelement mit seinem ersten Ende oder in einem Bereich des ersten Endes mit der Trägereinrichtung mechanisch gekoppelt ist, insbesondere an der Trägereinrichtung befestigt ist, und wobei das Federelement mit seinem zweiten Ende oder in einem zweiten Endbereich mit der Bedieneinheit mechanisch gekoppelt ist, wobei das erste Ende vorzugsweise durch ein freies Ende des zweiten Schenkels gebildet ist.
Dadurch kann auf besonders einfache Art und Weise eine besonders einfache Anbindung und/oder Befestigung des ersten Schenkels, insbesondere an der Trägereinrichtung und/oder der Bedieneinheit, erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung weist das Federelement wenigstens drei Schenkel auf, wobei das zweite Ende des Federelements vorzugsweise durch ein freies Ende eines dritten Schenkels gebildet ist, der insbesondere mit seinem anderen Ende mit dem ersten Schenkel verbunden ist.
Das heißt mit anderen Worten, dass das Federelement einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung in einer bevorzugten Ausgestaltung drei Schenkel aufweist, wobei das Federelement vorzugsweise einen ersten, zwischen einem zweiten und einem dritten Schenkel angeordneten, Schenkel aufweist, wobei das Federelement insbesondere über den zweiten Schenkel mit der Trägereinrichtung oder der Bedieneinheit verbunden ist und insbesondere über den dritten Schenkel mit der Bedieneinheit oder der Trägereinrichtung, verbunden ist.
Dadurch kann auf besonders einfache Art und Weise eine besonders einfache Anbindung und/oder Befestigung des Federelements an der Trägereinrichtung und/oder der Bedieneinheit erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung beträgt die Länge des ersten Schenkels wenigstens ein Drittel (1/3) der Länge des zweiten Schenkels, vorzugsweise wenigstens die Hälfte des zweiten Schenkels, wobei der erste Schenkel insbesondere wenigstens die gleiche Länge aufweist, wie der zweite Schenkel. Besonders bevorzugt ist der erste Schenkel länger als der zweite Schenkel.
Dabei gilt, dass mit zunehmender Länge des ersten Schenkels die Biegeweichheit in einer Richtung quer zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung zunimmt, während die Biegeweichheit in Richtung der idealen Haupt-Betätigungsrichtung mit zunehmender Länge des zweiten Schenkels zunimmt. Zusätzlich zur Länge der Schenkel kann die Biegesteifigkeit des ersten Schenkels und/oder des zweiten Schenkels auch über die Biegesteifigkeit als solche, insbesondere durch entsprechende Werkstoffwahl, Profilgeometrie und/oder Geometrie eingestellt werden und somit insbesondere je nach Bedarf gewählt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung weist die kapazitive Sensoreinrichtung der Bedieneinrichtung eine der Trägereinrichtung und/oder der Bedieneinheit zugeordnete Basiselektrode und eine zweite, dem Federelement zugeordnete Feder-Elektrode auf, wobei die beiden Elektroden in einem unbelasteten Zustand der Bedieneinrichtung mit einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind und durch das Aufbringen einer Druckkraft in Richtung der idealen Haupt-Betätigungsrichtung eine Änderung des Abstands zwischen der Basiselektrode und der Feder-Elektrode bewirkbar ist.
Hierdurch kann eine besonders einfache Ausgestaltung der kapazitiven Sensoreinrichtung erreicht werden. Bevorzugt weist die Sensoreinrichtung dabei eine Basiselektrode auf, die an der Trägereinrichtung und/oder der Bedieneinheit an einer von der Bedienoberfläche abgewandten Seite angeordnet ist oder darin integriert ist. Vorzugsweise ist die dem Federelement zugeordnete Feder-Elektrode dabei am Federelement befestigt, insbesondere am zweiten Schenkel, oder in das Federelement, insbesondere in den zweiten Schenkel, integriert, oder durch das Federelement, insbesondere den zweiten Schenkel, gebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist die Basiselektrode der Sensoreinrichtung dabei bevorzugt mit einem Massepotential (GND) beaufschlagbar, kontaktierbar oder kontaktiert und die Feder-Elektrode mit einem definierten Potential beaufschlagbar, kontaktierbar oder kontaktiert.
Wenigstens eine Elektrode, insbesondere die Basiselektrode und/oder die Feder-Elektrode, ist dabei besonders bevorzugt als Flächenelektrode ausgebildet.
Die Basiselektrode und die Feder-Elektrode sind insbesondere gegeneinander isoliert, wobei für die Isolierung von Basiselektrode und Feder-Elektrode gegeneinander diese jeweils in Kunststoff eingebettet sein können und/oder mit einer Isolierschicht überzogen sein können, zum Beispiel mit einem speziellen Isolierlack, oder auf andere, insbesondere aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise gegeneinander isoliert sein können, so dass ein Kurzschluss zwischen ihnen vermieden wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist wenigstens der zweite Schenkel, insbesondere das gesamte Federelement, elektrisch leitend und weist insbesondere Metall auf oder besteht daraus.
Dies hat den Vorteil, dass kein weiteres zusätzliches Bauteil, insbesondere keine weitere zusätzliche Elektrode, erforderlich ist, sondern das zur Erzeugung einer, einer aufgebrachten Druckkraft entgegenwirkenden Rückstellkraft vorgesehene Federelement als Elektrode verwendet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung kann das Federelement, wenn es elektrisch leitend ist, auch als elektrischer Kontakt genutzt werden, insbesondere als elektrischer Kontakt zur elektrischen Verbindung der Bedieneinheit mit einer oder mehreren weiteren Komponenten und/oder der Trägereinrichtung, beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung einer Anzeige und/oder einer Beleuchtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist die Trägereinrichtung eine Leiterplatte, insbesondere eine sogenannte Hard-PCB (PCB = Printed Circuit Board), wobei die Bedieneinrichtung vorzugsweise ein Gehäuse aufweist und die als Trägereinrichtung dienende Leiterplatte insbesondere in diesem Gehäuse gelagert ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist die Basiselektrode der kapazitiven Sensoreinrichtung dabei bevorzugt auf der Leiterplatte angeordnet und/oder in die Leiterplatte integriert.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer mehrlagigen Leiterplatte herausgestellt, wobei die Basiselektrode dabei vorzugsweise einer inneren Lage und/oder Schicht zugeordnet ist, da auf diese Weise keine zusätzlichen Maßnahmen zur elektrischen Isolierung der Basiselektrode gegenüber dem Federelement erforderlich sind, da die Isolierung durch den zwischen den einzelnen Leiterplattenlagen vorhandenen Kunststoff der Leiterplatte bewirkt werden kann. D.h. es ist keine zusätzliche separate Isolierung erforderlich.
Infolgedessen kann besonders einfach die Isolierung sichergestellt werden, insbesondere wenn ohnehin eine mehrlagige Leiterplatte für die Bedieneinrichtung vorgesehen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist das Federelement auf einer von der Bedienoberfläche der Bedieneinheit abgewandten Seite an der Bedieneinheit befestigt.
Hierdurch lässt sich eine einfache Anordnung des Federelements in der Bedieneinrichtung erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist das Federelement auf einer von der Bedieneinheit abgewandten Seite an der Trägereinrichtung angeordnet.
Hierdurch lässt sich eine besonders einfache Anordnung des Federelements in der Bedieneinrichtung erreichen, insbesondere eine Anordnung, bei welcher mit zunehmender, auf die Bedienoberfläche aufgebrachten Druckkraft eine Vergrößerung des Abstands des Federelements von der Trägereinrichtung bewirkt werden kann. Hierdurch wiederum kann ein besonders einfaches Einstellen einer definierten Null-Lage im unbelasteten Zustand der Bedieneinrichtung ermöglicht werden. Denn in diesem Fall kann, eine entsprechende Isolierung von Federelement und Trägereinrichtung vorausgesetzt, insbesondere im Bereich der Basiselektrode, die Null-Lage insbesondere durch Anlage des Federelements auf Block an der Trägereinrichtung, insbesondere durch Anlage des zweiten Schenkels auf Block an der Trägereinrichtung, eingestellt werden, wodurch eine zuverlässige Kalibrierung der kapazitiven Sensoreinrichtung erreicht werden kann.
Alternativ ist auch eine andere Anordnung möglich, bei welcher das Federelement auf einer der Bedieneinheit zugewandten Seite an der Trägereinrichtung angeordnet ist. Eine derartige Anordnung erfordert jedoch eine andere Ausgestaltung und Anbindung des Federelementes. Ferner bewirkt eine derartige Anordnung in der Regel keine Vergrößerung des Abstands des Federelements, insbesondere des zweiten Schenkels, von der Basiselektrode, sondern eine Verkleinerung, so dass das Einstellen einer Null-Lage durch eine Anordnung auf Block nicht möglich ist. Vielmehr ist eine definierte Anordnung, beispielsweise eine definierte winklige Anordnung, des Federelements, insbesondere des zweiten Schenkels, zur Basiselektrode erforderlich, um in einem unbelasteten Zustand der Bedieneinrichtung die Null-Lage einzustellen, so dass die exakte Montage der Bedieneinrichtung und Kalibrierung der Sensoreinrichtung in einer Null-Lage bei dieser Variante aufwendiger ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung weist die Bedieneinrichtung eine Rückmeldungserzeugungseinrichtung auf zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung, wobei die Rückmeldungserzeugungseinrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Bedienoberfläche in einer Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung zu erzeugen, insbesondere eine oszillierende Bewegung.
Vorzugsweise weist die Rückmeldungserzeugungseinrichtung dabei einen Aktuator auf, insbesondere einen Aktuator, mit dem eine haptische Rückmeldung erzeugbar ist, insbesondere einen Piezo-Aktuator, einen ERM-Aktuator (Excentric Rotation Mass-Aktuator) und/oder einen LR-Aktuator (Linear Resonant-Aktuator).
Piezo-Aktuatoren sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, wobei ein Piezo-Aktuator im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei ein Aktuator ist, der durch Beaufschlagen mit einer Spannung zu Schwingungen angeregt werden kann. Bei entsprechender Ausgestaltung und Anordnung ist es möglich, einen Piezokristall derart anzuregen, dass er eine Rückmeldungskraft erzeugt, insbesondere eine oszillierende Rückmeldungskraft.
Unter einem ERM-Aktuator im Sinne der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein Excentric Rotation Mass-Aktuator verstanden, bei welchem es sich insbesondere um einen elektrisch angetriebenen Motor mit einer Exzentrizität handelt, mittels welcher eine entsprechende oszillierende Kraft erzeugt werden kann. Wird der ERM-Aktuator dabei nicht über mehrere Umdrehungen angesteuert, sondern lediglich für nur eine Umdrehung, erfolgt keine oszillatorische Anregung, sondern lediglich eine impuls- bzw. stoßartige Anregung.
Eine LR-Aktuator im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Linear Resonating-Aktuator, bei welchem es sich um einen Linearantrieb handelt, mittels welchem ebenfalls gezielt stoßartige Impulse und/oder oszillierende Impulse in einer gewünschten Richtung erzeugt werden können, welche zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung, genutzt werden können.
Besonders bevorzugt ist die Rückmeldungserzeugungseinrichtung dabei insbesondere dazu ausgebildet, die Bedieneinheit, insbesondere die Bedienoberfläche, derart zu einer Bewegung anzuregen, dass diese als haptische Rückmeldung spürbar ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Rückmeldungserzeugungseinrichtung, insbesondere der zugehörige Aktuator, dabei vorzugsweise zumindest teilweise auf einer von der Bedienoberfläche abgewandten Seite an der Bedieneinheit angeordnet, insbesondere auf einer von der Bedienoberfläche abgewandten Seite an der Bedienoberfläche.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist die Rückmeldungserzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, die Bedienoberfläche zu einer Bewegung, insbesondere einer oszillierenden Bewegung, in wenigstens einer Richtung anzuregen, vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Rückmeldungserzeugungseinrichtung dabei zumindest teilweise an der Bedieneinheit angeordnet und befestigt, insbesondere vollständig. Hierdurch kann eine vollkommene Entkopplung von den übrigen Komponenten der Bedieneinrichtung erreicht werden.
In einer alternativen Ausgestaltung können einzelne Komponenten der Rückmeldungserzeugungseinrichtung alternativ oder zusätzlich auch an einem Gehäuse und gegebenenfalls auch an der Trägereinrichtung angeordnet und/oder befestigt sein.
Zur Übertragung an die Bedieneinheit und/oder die Bedienoberfläche und/oder zur Anregung der Bedienoberfläche der mittels der Rückmeldungserzeugungseinrichtung erzeugten Stoßimpulse für die haptische Rückmeldung kann die Bedieneinrichtung wenigstens ein Kinematikelement wie beispielsweise einen oder mehrere Stößel, Stangen, Stäbe, Gelenke, Gelenkhebel oder dergleichen umfassen, damit die von der Rückmeldungserzeugungseinrichtung erzeugten Impulsstöße an die Bedienoberfläche übertragen werden können.
Für eine besonders vorteilhafte und einfache Anregbarkeit der Bedieneinheit, insbesondere der Bedienoberfläche, ist besonders bevorzugt wenigstens die Bedienoberfläche, insbesondere die gesamte Bedieneinheit, derart innerhalb der Bedieneinrichtung gelagert, insbesondere derart an der Trägereinrichtung abgestützt und/oder in einem Gehäuse der Bedieneinrichtung gelagert, dass die Bedienoberfläche ausreichend beweglich und anregbar ist zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Haupt-Betätigungsrichtung für eine Anregung der Bedienoberfläche in dieser Richtung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens die Bedienoberfläche, insbesondere die gesamte die Bedieneinheit, in wenigstens eine Richtung schwimmend gelagert, insbesondere in eine Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung, insbesondere, wenn die Bedienoberfläche nahezu steif ist.
In diesem Fall ist die Bedienoberfläche besonders bevorzugt in einer Richtung senkrecht zur Haupt-Betätigungsrichtung schwimmend gelagert, insbesondere derart, dass durch Erzeugen einer haptischen Rückmeldungs-Kraft in dieser Richtung eine für eine haptische Rückmeldung ausreichende Bewegung der Bedienoberfläche erzeugt werden kann.
Ist die Bedienoberfläche hingegen eher nachgiebig ausgestaltet, beispielsweise im Fall einer durch eine Membran, eine Folie oder ein flexibles Display oder dergleichen gebildete Bedienoberfläche, ist die Bedienoberfläche vorzugsweise an ihrem Umfang fest eingespannt, jedoch lediglich mit nur so geringer Vorspannung, dass eine ausreichende Durchbiegung der Bedienoberfläche durch Aufbringen einer entsprechenden Druckkraft für eine Betätigung der Bedieneinrichtung für die gewünschte Auflösung erforderliche Abstandsänderung bewirkbar ist und darüber hinaus insbesondere eine ausreichende haptische Rückmeldung durch Anregung der Bedienoberfläche erzeugbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung weist die Bedieneinrichtung eine Dämpfungseinrichtung auf, insbesondere eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen einer durch einen Bediener aufgebrachten Druckkraft und/oder einer von der Rückmeldungserzeugungseinrichtung erzeugten Rückmeldung.
Hierdurch kann in einigen Fällen ein besonders vorteilhaftes Bediengefühl, insbesondere ein verbessertes Bediengefühl, erreicht werden.
Dämpfungseinrichtungen als solche sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, wobei insbesondere Gummi-Dämpfungseinrichtungen und/oder Fluiddämpfungseinrichtungen geeignet sind, wobei Gummi-Dämpfungseinrichtungen einen einfacheren Aufbau ermöglich und in der Regel vorteilhafter sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung können, insbesondere in Abhängigkeit von der aufgebrachten und erfassten Druckkraft auf die Bedienoberfläche, Schaltzustände ausgelöst werden, insbesondere bei Über- und/oder Unterschreiten eines definierten Schwellenwerts.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung weist die Bedieneinrichtung eine Steuerungseinrichtung auf, die insbesondere dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der erfassten Druckkraft ein Schaltsignal zu erzeugen, insbesondere zum Auslösen einer Schaltbetätigung und/oder einer Rückmeldung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung wird dabei insbesondere bei Überschreiten eines ersten Schwellenwerts einer ersten erfassten Druckkraft ein erstes Schaltsignal erzeugt und gegebenenfalls bei Überschreiten eines weiteren Schwellenwerts einer weiteren erfassten Druckkraft ein weiteres Schaltsignal.
Auf diese Art und Weise können auf einfache Art und Weise die definierten erfassten Druckkraftwerte und definierte Aktionen zugeordnet werden und insbesondere unterschiedliche Aktionen ausgelöst werden, insbesondere unterschiedliche Schaltsignale erzeugt werden und/oder unterschiedliche haptische Rückmeldungen, so dass in Abhängigkeit von einer vom Bediener aufgebrachten Druckkraft unterschiedliche Aktionen durch die Betätigung der Bedieneinrichtung möglich sind, welche jeweils mit unterschiedlichen aktiven haptischen Rückmeldungen beantwortet werden können.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist gekennzeichnet durch die Schritte: Erfassen einer auf die Bedieneinrichtung aufgebrachten Druckkraft, Prüfen, ob die erfasste Druckkraft einen definierten Schwellenwert überschreitet und, falls ja, Auslösen einer Schaltbetätigung und/oder einer Rückmeldung.
Das Erfassen der aufgebrachten Druckkraft erfolgt dabei insbesondere durch das kapazitive Erfassen einer eine Änderung eines Abstands zwischen dem zweiten Schenkel des Federelements und der Trägereinrichtung oder einer Abstandsänderung zwischen dem zweiten Schenkel des Federelements und der Bedieneinheit in Abhängigkeit von einer auf die Bedienoberfläche aufgebrachten Druckkraft.
Es können insbesondere mehrere Schwellenwerte definiert sein, deren Überschreiten jeweils zu unterschiedlichen Aktionen führen kann, zum Beispiel zu unterschiedlichen Schalterbetätigungen und/oder unterschiedlichen Rückmeldungen, zum Beispiel unterschiedlich starken Rückmeldungen oder Rückmeldungen mit unterschiedlicher Oszillationsfrequenz einer erzeugten Rückmeldungskraft, so dass insbesondere bedienkraftabhängig, d.h. in Abhängigkeit von einer aufgebrachten Druckkraft, entsprechende Aktionen, insbesondere Schaltbetätigungen und/oder Rückmeldungen, ausgelöst werden können.
Eine erfindungsgemäße Eingabevorrichtung, insbesondere für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs, weist mehrere Bedieneinrichtungen auf, wobei wenigstens eine Bedieneinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und Ausführungsformen sowie deren Vorteile gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Verfahren sowie für die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung und umgekehrt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar, sofern diese Kombinationen ausführbar und insbesondere technisch sinnvoll sind.
Die Erfindung wird nun anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei funktionsgleiche Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Es zeigen in schematischer Darstellung:

1a ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung in Prinzipdarstellung in einem unbelasteten Zustand;
1b einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung aus 1a, jedoch ohne Gehäuse in einem unbelasteten Zustand;
1c die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung aus 1a in einem mit einer Druckkraft beaufschlagten Zustand;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung in einem mit einer Druckkraft beaufschlagten Zustand;
3 die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung aus den 1a bis 1c in einem zweiten, mit einer Druckkraft beaufschlagten Zustand; und
4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung in einem mit einer Druckkraft beaufschlagten Zustand.

1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung 10 mit einem steifen Touch-Display 1 als Bedieneinheit mit einer Bedienoberfläche 1, wobei die Bedieneinrichtung 10 durch Aufbringen einer Druckkraft F_D (vgl. 1c bis 4), das heißt durch Drücken, in Richtung einer idealen Haupt-Betätigungsrichtung R betätigbar ist.
Die Bedieneinheit mit der Bedienoberfläche 1 ist über zwei als Biegefedern 4 ausgebildete Federelemente 4 an einer Trägereinrichtung 3 in Form einer Hard-PCB 3, einer aus dem Stand der Technik bekannten gewöhnlichen Leiterplatte 3, welche in einem Gehäuse 2 gelagert ist, abgestützt und kann über die Federelemente 4 in einem unbelasteten Zustand der Bedieneinrichtung 10 in einer Null-Lage gehalten werden.
Die Bedieneinheit mit der Bedienoberfläche 1 ist dabei schwimmend, d.h. innerhalb definierter Grenzen frei beweglich, im Gehäuse 2 gelagert, sowohl in einer Richtung parallel zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung R als auch in einer Richtung senkrecht dazu, so dass zum Betätigen, insbesondere in Richtung der idealen Haupt-Betätigungsrichtung R, sowie auch zum Erzeugen einer aktiven haptischen Rückmeldung mit einer Rückmeldekraft F_R in einer Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung R, ausreichend Spiel vorhanden ist, um die Bedienoberfläche 1 entsprechend zu verlagern und eine Betätigung durch Drücken sowie die Erzeugung einer für einen Bediener spürbaren haptischen Rückmeldung zu ermöglichen.
Die Federelemente 4 weisen bei diesem Ausführungsbeispiel dabei jeweils drei als Blattfedern ausgebildete, elektrisch leitende, metallische Schenkel 4A, 4B und 4C auf, wobei die einzelnen Schenkel 4A, 4B und 4C jeweils flächige Federelemente aus Federblech sind und jeweils unterschiedliche Biegesteifigkeiten durch unterschiedliche Dicken, Längen und Geometrien aufweisen.
Dabei ist ein erster Schenkel 4A jeweils in einer Richtung parallel zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung R angeordnet, während sich ein zweiter Schenkel 4B und ein dritter Schenkel 4C jeweils in einer Richtung senkrecht zum ersten Schenkel 4A, das heißt in einem Winkel von exakt 90° bezogen auf den unbelasteten Zustand, zum ersten Schenkel 4A erstrecken. Über den zweiten Schenkel 4B ist das Federelement 4 an der Trägereinrichtung 3 in Form der Leiterplatte 3 befestigt und über den dritten Schenkel 4C an der Bedieneinheit 1.
Dabei ist das Federelement 4 auf einer von der Bedienoberfläche 1 abgewandten Seite an der Trägereinrichtung 3 befestigt, insbesondere an einer Unterseite der Leiterplatte 3, und ebenso an einer von der Bedienoberfläche 1 abgewandten Seite mit dem dritten Schenkel 4C an der Bedieneinheit, insbesondere an der Unterseite der Bedienoberfläche 1.
Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung 10 eine Rückmeldungserzeugungseinrichtung 5 auf, welche in diesem Fall durch einen ERM-Aktuator gebildet ist, das heißt einen Excentric Rotating Mass-Aktuator, mittels welchem eine oszillierende Rückmeldekraft F_R zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung für den Bediener erzeugt werden kann, wobei die elektrische Kontaktierung bzw. Anbindung der Rückmeldungserzeugungseinrichtung 5 nicht dargestellt ist.
Ferner ist eine kapazitive Sensoreinrichtung vorgesehen, siehe 1b, die zur Erfassung einer Änderung eines Abstands d zwischen einer an der Unterseite der Leiterplatte 3 angeordneten Basiselektrode 6 und dem zweiten Schenkel 4B des Federelementes 4 ausgebildet ist, wobei der zweite Schenkel 4B als zweite Elektrode 4B der kapazitiven Sensoreinrichtung dient und vorliegend daher auch als Feder-Elektrode 4B bezeichnet wird, wobei der Abstand d unmittelbar von der auf die Bedienoberfläche aufgebrachten Kraft F_D abhängt.
Die 1 a und 1 b zeigen dabei jeweils die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung 10 in einem unbelasteten Zustand, das heißt ohne eine aufgebrachte Druckkraft F_D . In 1c hingegen ist die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung 10 in einem belasteten Zustand, das heißt mit einer durch einen Bediener aufgebrachten Druckkraft F_D beaufschlagt, was durch die Hand symbolisiert sein soll.
Im unbelasteten Zustand liegt der zweite Schenkel 4B, welcher die Feder-Elektrode der kapazitiven Sensoreinrichtung bildet, an der Unterseite der Trägereinrichtung 3 bzw. der Leiterplatte 3 mit der Basiselektrode 6 an, wobei die Elektroden 6 und 4B jeweils mit einem Isolierlack überzogen sind und somit gegeneinander isoliert sind. Dabei ist die Basiselektrode 6 mit einem Massepotenzial (GND) elektrisch kontaktiert und die Feder-Elektrode 4B mit einem definierten, davon abweichenden Potenzial, wie es von kapazitiven Sensoreinrichtungen aus dem Stand der Technik her bekannt ist.
Wird nun eine Druckkraft F_D auf die Bedienoberfläche 1 aufgebracht, wird die Bedienoberfläche 1 in Richtung der Trägereinrichtung 3 verlagert, wobei die aufgebrachte Druckkraft F_D über den ersten Schenkel 4A auf den zweiten Schenkel 4B übertragen wird. Infolgedessen wird eine Biegung des zweiten Schenkels 4B, ähnlich eines an einem Ende fest eingespannten Biegebalkens mit einem freien Ende, bewirkt. Dadurch wiederum ändert sich der Abstand d zwischen der Basiselektrode 6 und dem zweiten Schenkel 4B bzw. der Feder-Elektrode 4B, was auf aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise kapazitiv erfasst werden kann. Mit Kenntnis der Biegesteifigkeit bzw. des Biegeverhaltens des zweiten Schenkels 4B kann aus der erfassten Änderung des Abstands d auf die aufgebrachte Druckkraft F_D geschlossen werden.
In dem in 1c gezeigten, mit einer Druckkraft F_D beaufschlagten Zustand befindet sich die Bedieneinheit mit der Bedienoberfläche 1 nicht mehr an ihrer ursprünglichen Ausgangsposition, sondern ist in Richtung der Haupt-Betätigungsrichtung R verlagert worden, was durch die gestrichelte Linie, welche die Position der Bedienoberfläche 1 im Ruhezustand darstellen soll, das heißt im unbelasteten Zustand, erkennbar ist.
Ferner weist die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung 10 eine hier nicht dargestellte Steuerungseinrichtung auf, mithilfe derer geprüft werden kann, ob die erfasste Druckkraft F_D einen definierten Schwellenwert überschreitet. Falls ja kann ein elektrisches Schaltsignal erzeugt werden, beispielsweise zum Betätigen einer Schaltung zum Auslösen einer definierten Aktion, beispielsweise „Klimaanlage an“ oder dergleichen, und/oder zum Auslösen einer aktiven haptischen Rückmeldung durch Ansteuern der Rückmeldungserzeugungseinrichtung 5 mit Hilfe des erzeugten Schaltsignals, wobei durch die Rückmeldungserzeugungsrichtung 5 insbesondere eine als haptische Rückmeldung spürbare oszillierende Bewegung der Bedienoberfläche in einer Richtung senkrecht zur idealen Hauptbetätigungsrichtung R erzeugt werden kann, symbolisiert durch die eine erzeugte Rückmeldungskraft F_R .
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung des Federelements 4 mit seinen beiden ersten und zweiten Schenkeln 4A und 4B, die jeweils in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind, ermöglicht dabei zum einen eine gute Übertragung der aufgebrachten Druckkraft F_D über den ersten Schenkel 4A auf den zweiten Schenkel 4B sowie zum anderen die Erzeugung einer gewünschten Rückstellkraft und damit eines gewünschten und definierten Bediengefühls beim Betätigen der Bedieneinrichtung durch die Wahl der Biegesteifigkeit des zweiten Schenkels 4B insbesondere in Richtung der Haupt-Betätigungsrichtung R.
Darüber hinaus kann durch die Wahl der Biegesteifigkeit des ersten Schenkels 4A, unabhängig von der der Druckkraft F_D entgegenwirkenden Rückstellkraft, eine der Rückmeldungserzeugungseinrichtung 5 entgegenwirkende Rückstellkraft eingestellt werden und damit eine definierte, gewünschte haptische Rückmeldung erzeugt werden.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung des Federelements 4 ermöglicht durch die rechtwinklig zueinander angeordneten ersten und zweiten Schenkel 4A und 4B insbesondere eine vollständige Entkopplung von Betätigung und haptischer Rückmeldung, insbesondere eine jeweils unabhängige Einstellung des zugehörigen Bediengefühls, d.h. eines Betätigungs-Bediengefühls und eines Rückmeldungs-Bediengefühls unabhängig voneinander, und damit die Bereitstellung einer besonders vorteilhaften Bedieneinrichtung, insbesondere mit einem gemeinsamen Federelement.
Hierdurch kann eine besonders kompakte, nur wenige Bauteile erfordernde und damit kostengünstige Bedieneinrichtung bereitgestellt werden, die dennoch eine flexible Einstellung des Bediengefühls ermöglicht.
Ferner kann noch eine hier nicht dargestellte Dämpfungseinrichtung vorgesehen sein zur Dämpfung der aufgebrachten Druckkraft F_D und/oder der erzeugten Rückmeldungskraft F_R zur weiteren Verbesserung des Bediengefühls.
Um die Belastung der Trägereinrichtung 3, insbesondere der Leiterplatte 3, zu verringern, kann es vorteilhaft sein, wenn die Befestigung des zweiten Schenkels 4B des Federelements 4 nicht nur an der Leiterplatte 3 erfolgt, sondern wenn der Schenkel 4B zwischen der Leiterplatte 3 und einer Gehäuseauflage des Gehäuses 2 eingespannt wird, wie es in 2 beispielhalber dargestellt ist an einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung 20.
3 zeigt die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung 10 aus den 1a, 1 b und 1c, ebenfalls in einem mit einer Druckkraft F_D beaufschlagten Zustand, wobei die aufgebrachte Druckkraft in diesem Fall jedoch nicht in einer idealen Haupt-Betätigungsrichtung R aufgebracht wird, sondern mit einem Winkel dazu. Dies stellt jedoch kein Problem dar, da die aufgebrachte Druckkraft ebenfalls eine entsprechende Komponente in Richtung der idealen Haupt-Betätigungsrichtung R aufweist, welche zu einer Änderung des Abstands zwischen dem zweiten Schenkel 4B und der Basiselektrode 6 der kapazitiven Sensoreinrichtung führt, so dass auch bei einer nicht exakt in der idealen Haupt-Betätigungsrichtung R aufgebrachten Druckkraft F_D eine Druckkraft erfasst werden kann, allerdings nur die in der idealen Haupt-Betätigungsrichtung R erfasste Druckkraftkompon ente.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Bedienoberfläche 1 keine starre Bedienoberfläche ist, sondern eine biegsame Membran, welche sich im Realfall nicht linear, wie hier gezeigt, verformt, sondern eher wölbt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Bedienoberfläche an ihren äußeren Enden, insbesondere im Bereich der dritten Schenkel 4C, insbesondere in vertikaler Richtung, das heißt in einer Richtung parallel zur Haupt-Betätigungsrichtung R, vorzugsweise an ihrem gesamten Umfang, fest eingespannt ist, jedoch derart, dass weiterhin eine Verlagerung des ersten Schenkels 4A in eine Richtung parallel zur Haupt-Betätigungsrichtung R bewirkt wird, wenn eine Druckkraft F_D auf die Bedienoberfläche 1 aufgebracht wird, und derart, dass eine ausreichende Anregung der Bedienoberfläche zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung insbesondere in einer Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung R möglich ist.
Bezugszeichenliste

10, 20, 30: erfindungsgemäße Bedieneinrichtung
1: Bedienoberfläche
2: Gehäuse
3: Trägereinrichtung, Leiterplatte
4: Federelement
4A: erster Schenkel des Federelements
4B: zweiter Schenkel des Federelements
4C: dritter Schenkel des Federelements
5: Rückmeldungserzeugungseinrichtung
6: Basiselektrode der kapazitiven Sensoreinrichtung
d: von einer aufgebrachten Druckkraft FD abhängiger, kapazitiv mittels der Sensoreinrichtung erfassbarer Abstand zwischen der Trägereinrichtung 3 und dem zweiten Schenkel 4B
F_D: aufgebrachte Druckkraft
F_R: Rückmeldungserzeugungskraft
R: ideale Haupt-Betätigungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010/0059394 A1 [0004]
WO 8807753 [0005]

Claims

Elektronische, wenigstens durch Drücken betätigbare Bedieneinrichtung (10, 20, 30) für eine Eingabevorrichtung, insbesondere für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs, umfassend: - eine Bedieneinheit mit einer Bedienoberfläche (1), - eine Trägereinrichtung (3), - wenigstens ein Federelement (4) und - eine kapazitive Sensoreinrichtung, wobei die Bedieneinheit über das Federelement (4) mit der Trägereinrichtung (3) gekoppelt ist und über das Federelement (4) zumindest teilweise an der Trägereinrichtung (3) abgestützt ist, wobei das Federelement (4) eine aus wenigstens zwei Schenkeln (4A, 4B, 4C) zusammengesetzte Biegefeder ist und wenigstens einen ersten Schenkel (4A) und einen zweiten Schenkel (4B) aufweist, und wobei die kapazitive Sensoreinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Änderung eines Abstands (d) zwischen dem zweiten Schenkel (4B) des Federelements (4) und der Trägereinrichtung (3) oder eine Abstandsänderung zwischen dem zweiten Schenkel (4B) des Federelements (4) und der Bedieneinheit in Abhängigkeit von einer auf die Bedienoberfläche (1) aufgebrachten Druckkraft (F_D) kapazitiv zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem unbelasteten Zustand der Bedieneinrichtung (10, 20, 30) der erste Schenkel (4A) des Federelements (4) parallel zu einer idealen Haupt-Betätigungsrichtung (R) der Bedieneinrichtung (10, 20, 30) erstreckt, insbesondere senkrecht zur Bedienoberfläche (1), und der zweite Schenkel (4B) sich in einem Winkel von 90°+/-45° Grad zum ersten Schenkel (4a) erstreckt.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (4A) und der zweite Schenkel (4B) unmittelbar aneinander angrenzen, wobei ein Ende des ersten Schenkels (4A) mit dem Ende des zweiten Schenkels (4B) verbunden ist.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das Federelement (4) mit seinem ersten Ende oder in einem Bereich des ersten Endes mit der Trägereinrichtung (3) mechanisch gekoppelt ist, insbesondere an der Trägereinrichtung (3) befestigt ist, und mit seinem zweiten Ende oder in einem zweiten Endbereich mit der Bedieneinheit mechanisch gekoppelt ist, wobei das erste Ende vorzugsweise durch ein freies Ende des zweiten Schenkels (4B) gebildet ist.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) wenigstens drei Schenkel (4A, 4B, 4C) aufweist, wobei das zweite Ende des Federelements (4) durch ein freies Ende eines dritten Schenkels (4C) gebildet ist, der mit seinem anderen Ende mit dem ersten Schenkel (4A) verbunden ist.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des ersten Schenkels (4A) wenigstens ein Drittel (1/3) der Länge des zweiten Schenkels (4B) beträgt, vorzugsweise wenigstens die Hälfte des zweiten Schenkels (4B), wobei der erste Schenkel (4A) und der zweite Schenkel (4B) insbesondere mindestens die gleiche Länge aufweisen.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung eine der Trägereinrichtung (3) und/oder der Bedieneinheit zugeordnete Basiselektrode (4) und eine zweite, dem Federelement (4) zugeordnete Feder-Elektrode (4B) aufweist, wobei die beiden Elektroden (6, 4B) in einem unbelasteten Zustand der Bedieneinrichtung (10, 20, 30) mit einem definierten Abstand (d) zueinander angeordnet sind und durch das Aufbringen einer Druckkraft (F_D) in Richtung der idealen Haupt-Betätigungsrichtung (R) eine Änderung des Abstands (d) zwischen der Basiselektrode (6) und der Feder-Elektrode (4B) bewirkbar ist.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der zweite Schenkel (4B), insbesondere das gesamte Federelement (4), elektrisch leitend ist, und insbesondere Metall aufweist oder daraus besteht.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (3) eine Leiterplatte (3) ist, wobei die Bedieneinrichtung (10, 20, 30) vorzugsweise ein Gehäuse (2) aufweist und die Leiterplatte (3) insbesondere im Gehäuse (2) gelagert ist.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) auf einer von der Bedienoberfläche (1) der Bedieneinheit abgewandten Seite an der Bedieneinheit befestigt ist.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) auf einer von der Bedieneinheit abgewandten Seite an der Trägereinrichtung (3) angeordnet ist.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinrichtung (10, 20, 30) eine Rückmeldungserzeugungseinrichtung (5) aufweist zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung, wobei die Rückmeldungserzeugungseinrichtung (5) vorzugsweise dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Bedienoberfläche (1) in einer Richtung senkrecht zur idealen Haupt-Betätigungsrichtung (R) zu erzeugen.
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinrichtung (10, 20, 30) eine Dämpfungseinrichtung aufweist, insbesondere eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen einer durch einen Bediener aufgebrachten Druckkraft (F_D) und/oder einer von der Rückmeldungserzeugungseinrichtung (5) erzeugten Rückmeldungskraft (F_R).
Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinrichtung (10, 20, 30) eine Steuerungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der erfassten Druckkraft (F_D) ein Schaltsignal zu erzeugen, insbesondere zum Auslösen einer Schaltbetätigung und/oder einer Rückmeldung.
Verfahren zum Betrieb einer Bedieneinrichtung (10, 20, 30), die nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die Schritte: - Erfassen einer auf die Bedieneinrichtung (10, 20, 30) aufgebrachten Druckkraft (F_D), - Prüfen ob die erfasste Druckkraft (F_D) einen definierten Schwellenwert überschreitet und, falls ja, - Auslösen einer Schaltbetätigung und/oder einer Rückmeldung.
Eingabevorrichtung, insbesondere für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs, wobei die Eingabevorrichtung mehrere Bedieneinrichtungen (10, 20, 30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bedieneinrichtung (10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.