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Die Erfindung betrifft ein berührempfindliches Bedienelement für ein Kraftfahrzeug, wobei das berührempfindliche Bedienelement ein Gehäuse und ein in dem Gehäuse angeordnetes Trägerelement aufweist, welches zur Anordnung mindestens eines berührempfindlichen Eingabeteils, insbesondere eines Touchpads oder Touchscreens, ausgebildet ist, wobei das Trägerelement über mindestens ein Rückstellelement gegenüber dem Gehäuse bewegbar gelagert ist, wobei in dem Gehäuse eine Aktuatoreinheit mit Kontaktelementen angeordnet ist, welche zur Schwingungsanregung des berührempfindlichen Eingabeteils, insbesondere des Trägerelements ausgebildet ist, wobei die Aktuatoreinheit über ein Verbindungselement mit einer Leiteranordnung, vorzugsweise mit einer Leiterplatte elektrisch verbunden ist.
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Aus dem Stand der Technik ist ein berührempfindliches Bedienelement für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches ein Gehäuse und ein in dem Gehäuse angeordnetes Trägerelement aufweist. Das Trägerelement dient zur Anordnung eines berührempfindlichen Eingabeteils, welches beispielsweise als Touchpad oder Touchscreen ausgebildet ist. Das Trägerelement ist über mindestens ein als Federelement ausgebildetes Rückstellelement gegenüber dem Gehäuse bewegbar gelagert, wobei das berührempfindliche Eingabeteil, insbesondere das Trägerelement durch eine Aktuatoreinheit aufweisend einen Spulenkörper, welcher in einem Aktuatorgehäuse angeordnet ist, zur Schwingung angeregt wird. Hierzu ist die Aktuatoreinheit über ein als Kabel ausgebildetes Verbindungselement mit einer Leiterplatte elektrisch verbunden. Bei der Herstellung des berührempfindlichen Bedienelements wird das Kabel mit einem Kabelanschluss, welcher an der Aktuatoreinheit angeordnet ist, verbunden. Das andere Ende des Kabels weist einen Stecker auf, welcher mit der Leiterplatte verbunden werden muss. Die Herstellung des berührempfindlichen Bedienelements wird dadurch sehr kostenintensiv. Alternativ und oder zusätzlich kann das Kabel auch mit der Leiterplatte verlötet werden oder das Kabel kann mittels Press-in-Kontakten mit der Leiterplatte verbunden werden. Aber auch diese Lösungen sind im Rahmen des Herstellungsprozesses des berührempfindlichen Bedienelements sehr kompliziert, zeitintensiv und folglich auch sehr teuer. Insbesondere die Lötstellen der Leiterplatte können auf Dauer aufgrund der durch die Aktuatoreinheit erzeugten Schwingungen beschädigt werden, so dass sich Verbindungselemente, welche mit der Aktuatoreinheit verbunden sind, von der Leiterplatte lösen könnten.
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Ein Bedienelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 10 2016 002 021 B3 bekannt. Die
DE 35 04 011 A1 offenbart die Kontaktierung eines schwingenden Bauelements mittels Leitgummistücken. Die
US 2011 / 0 198 949 A1 ist ein linear vibrierender Aktuator mit einem ringförmigen Permanentmagneten bekannt, bei dem eine Erdungsverbindung aus Leitgummi zwischen der Endplatte des Aktuators und einer Leiterplatte genutzt wird, um die Erzeugung von elektrischen Störsignalen zu vermeiden.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein berührempfindliches Bedienelement bereitzustellen, welches einen einfachen und kostengünstigen konstruktiven Aufbau aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Patentanspruch 1, insbesondere durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
Dabei ist vorgesehen, dass das Verbindungselement als Leitgummi ausgebildet ist. Das Leitgummi kann platzsparend in dem Gehäuse des berührempfindlichen Bedienelements angeordnet werden, so dass das berührempfindliche Bedienelement einen sehr kompakten und einfachen Aufbau aufweist. Es kann dabei auf ein zusätzliches Kabel für das berührempfindliche Bedienelement verzichtet werden, welches mittels einer Lötverbindung oder einer Crimpverbindung mit der Leiterplatte und/oder der Aktuatoreinheit elektrisch verbunden werden muss. Somit werden durch den Einsatz des Leitgummis die Herstellungskosten für das berührempfindliche Bedienelement in vorteilhafterweise verringert, Auch die Montage des Leitgummis kann durch einen Werker oder eine Maschine einfach durchgeführt werden.
Wenn das Leitgummi in der vordefinierten Position von einer Maschine oder einem Werker positioniert wird, wird automatisch durch das Zusammensetzen der einzelnen Bauteile des berührempfindlichen Bedienelements das Leitgummi zuverlässig und sicher mit der Aktuatoreinheit und der Leiterplatte elektrisch verbunden. Jede weitere Anschlusstechnik zur Verbindung der Aktuatoreinheit und der Leiterplatte kann dadurch überflüssig werden, sodass erhebliche Kostenvorteile bei der Herstellung des berührempfindlichen Bedienelements entstehen. Des Weiteren kann durch den Einsatz des Leitgummis die Aktuatoreinheit flexibler in dem Gehäuse positioniert werden, weil aufgrund der im Vergleich zu einem Kabel geringen und kompakten Ausbildung des Leitgummis dieses an mehreren Positionen im Gehäuse, insbesondere auf der Leiteranordnung angeordnet werden kann.
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Erfindungsgemäß ist ein berührempfindliches Eingabeteil vorgesehen. Der Begriff „berührempfindliches Eingabeteil“ ist weit auszulegen. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um ein Teil des Eingabegeräts, das eine dem Bediener zugewandte Eingabefläche definiert, auf der eine Berührung durch ein Eingabeorgan oder einen Finger eines Bedieners durch eine Sensorik detektiert wird, bevorzugt ortsauflösend detektiert wird. Bevorzugt handelt es sich bei dem berührempfindlichen Eingabeteil um ein Touchpad, d.h. ein anzeigeloses Eingabeteil mit ortsauflösender Detektion einer Berührung auf einer zum Eingabeteil gehörigen Eingabefläche oder ein Touchscreen, d.h. ein Eingabeteil mit ortsauflösender Detektion einer Berührung auf einer zum Eingabeteil gehörigen Eingabefläche, wobei im letzteren Fall der Eingabefläche ferner eine elektronische Anzeige, insbesondere eine elektronische Pixelmatrixanzeige zugeordnet ist.
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Beispielsweise sind der Eingabefläche ein oder mehrere Sensoren zur Detektion einer Berührung und/oder einer Druckkraft auf der Eingabefläche zugeordnet. Beispielsweise handelt es sich um mehrere in einer Matrix angeordnete Elektroden und eine zugehörige Auswerteinheit zur ortsauflösenden Berührungsdetektion und/oder einen oder mehrere Kraftsensoren zur Detektion der durch die Betätigung bewirkten Druckkraft, wie einen oder mehrere kapazitive Kraftsensoren.
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Erfindungsgemäß ist ferner eine Aktuatoreinheit mit einem Aktuator vorgesehen, um das Eingabeteil zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks bewegend anzutreiben. Bevorzugt wird das Eingabeteil linear angetrieben. Bevorzugt ist der Aktuator ein elektromotorischer oder elektromagnetischer Aktuator. Beispielsweise weist die Aktuatoreinheit eine Spule auf, dessen durch die Spule erzeugtes, elektromagnetisches Feld zur Zusammenwirkung mit einem Anker ausgebildet und angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist dieser Aktuator eine die effektive Wirkrichtung beschreibende Wirkachse auf, um eine Bewegung des Eingabeteils, beispielsweise der berührempfindlichen Anzeige, zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung in Auslenkrichtung zu bewirken.
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Der Begriff „Leitgummi“ ist weit auszulegen. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um ein in der Elektronik eingesetztes elektrisches Verbindungselement. Leitgummi umfasst ein elektrisch leitfähiges Element, welches mittelbar oder unmittelbar an einem als Träger ausgebildeten Elastomer angeordnet ist. Das elektrisch leitfähige Element kann beispielsweise Kohlenstoffpartikel, wie Graphit oder Ruß, oder auch Goldanteile, wie beispielsweise vergoldete Drähte umfassen. Leitgummis können einen Schichtaufbau aufweisen, wobei die Schichten zumindest das Elastomer, das leitfähige Element und vorzugsweise ein aus Kunststoff ausgebildetes Substrat aufweisen. Die elektrische Leitfähigkeit von Leitgummi ist folglich geringer als bei metallischen Kontakten. Leitgummi wird daher vorzugsweise anstelle federnder elektrischer Kontakte eingesetzt.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Leitgummi zwischen der Aktuatoreinheit und der Leiteranordnung angeordnet ist, wobei das Leitgummi im montierten Zustand eine Vorspannung aufweist. Durch diese Maßnahme wird in vorteilhafterweise sichergestellt, dass das Leitgummi eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der Aktuatoreinheit und der Leiterplatte bereitstellen kann. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des berührempfindlichen Bedienelements kann vorgesehen sein, dass die Aktuatoreinheit abstützend an dem Trägerelement und an dem Leitgummi angeordnet ist, um das Leitgummi vorzuspannen. Durch diese Maßnahme gelingt es, das Leitgummi derart zu komprimieren, dass eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der Aktuatoreinheit und der Leiteranordnung bereitgestellt werden kann.
Bevorzugt kann weiter vorgesehen sein, dass die Aktuatoreinheit ein Aktuatorgehäuse und einen Spulenkörper sowie einen Anker umfasst, welcher das Trägerelement kontaktiert, wobei der Anker abstützend an dem Trägerelement angeordnet ist und das Aktuatorgehäuse und/oder der Spulenkörper abstützend an dem Leitgummi angeordnet ist.
Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Leitgummi zwischen der Leiteranordnung und dem Aktuatorgehäuse und/oder dem Spulenkörper angeordnet ist.
Eine sichere und zuverlässige Kontaktierung zwischen der Aktuatoreinheit, insbesondere zwischen dem Spulenkörper und dem Leitgummi kann bereitgestellt werden, wenn die Kontaktelemente der Aktuatoreinheit als Drahtenden des Spulenkörpers ausgebildet sind, welche durch das Trägerelement an das Leitgummi gedrückt werden.
Ein verbesserter Korrosionsschutz für die Drahtenden des Spulenkörpers kann erzielt werden, wenn die Drahtenden des Spulenkörpers Zinn umfassen.
Eine zuverlässige und sichere elektrische Verbindung kann zwischen der Aktuatoreinheit und der Leiteranordnung gewährleistet werden, wenn die Leiteranordnung aus Gold ausgebildete Kontaktflächen aufweist. Dabei können die Kontaktflächen derart auf der Leiteranordnung angeordnet werden, dass das vorgespannte Leitgummi die Kontaktflächen kontaktiert, um stets eine elektrische Verbindung zwischen der Aktuatoreinheit und der Leiteranordnung sicherzustellen. Das Leitgummi kann einen kompakten und einfachen konstruktiven Aufbau aufweisen, wenn das Leitgummi ein aus einem Kunststoff ausgebildetes Substrat, einen Träger zur Anordnung des Substrats und ein elektrisch leitfähiges Element umfasst. Es kann sich dann anbieten, wenn das elektrisch leitfähige Element beispielsweise Gold oder Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit oder Ruß umfasst. Denkbar kann auch die Verwendung von Silber sein. Aufgrund der Verwendung von Gold für das Leitgummi kann der elektrische Widerstand des Leitgummis verringert werden. Dies bedeutet, dass das Leitgummi einen geringen Übergangswiderstand und Durchgangswiderstand, welcher den Fluss von Strom oder elektrischen Signalen beeinflusst, sowie eine hohe Stromfestigkeit aufweist. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des berührempfindlichen Bedienelements kann vorgesehen sein, dass der Träger aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Silikonwerkstoff ausgebildet ist. Das Elastomer, insbesondere der Silikonwerkstoff sorgt für die flexiblen Eigenschaften des Leitgummis und stellt die Vorspannung des Leitgummis sicher. Der aus einem Elastomer ausgebildete Träger sorgt dafür, dass die Aktuatoreinheit mit der Leiteranordnung zuverlässig elektrisch verbunden werden kann, weil durch die Vorspannung des Leitgummis dieses sich an der Aktuatoreinheit, insbesondere an dem Spulenkörper und der Leiteranordnung abstützen kann. Im Ergebnis kann somit sichergestellt werden, dass das Rückstellelement mit dem Trägerelement und dem Gehäuse und/oder der Leiteranordnung derart verbunden wird, dass sich das Trägerelement an dem Gehäuse abstützt.
Das Leitgummi kann sehr robust ausgebildet werden, wenn das Leitgummi einen als Kern ausgebildeten Träger umfasst, der aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Silikonwerkstoff ausgebildet ist und zumindest teilweise von dem aus Kunststoff ausgebildeten Substrat umschlossen ist, wobei auf dem Substrat das leitfähige Element angeordnet ist, welches mindestens einen vergoldeten Draht umfasst. Das vorzugsweise aus einem Polymer ausgebildete Substrat dient zur sicheren Positionierung und zum Halten der vergoldeten Drähte.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das leitfähige Element mindestens einen vergoldeten Draht umfasst, welcher auf dem Substrat und/oder auf dem Träger, vorzugsweise auf dem als Elastomer ausgebildeten Kern angeordnet ist. Das vorzugsweise aus einem Polymer ausgebildete Substrat dient zur sicheren Positionierung und zum Halten des mindestens einen vergoldeten Drahts. Der mindestens eine vergoldete Draht könnte beispielsweise auch um das Substrat komplett oder teilweise gewickelt sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des berührempfindlichen Bedienelements kann vorgesehen sein, dass das Rückstellelement mit dem Trägerelement und dem Gehäuse und/oder der Leiteranordnung derart verbindbar ist, dass sich das Trägerelement an dem Gehäuse abstützt. Das Leitgummi kann durch eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung des Aktuatorgehäuses zum Gehäuse vorgespannt werden.
Des Weiteren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass an der Leiteranordnung eine Sensoreinheit angeordnet ist, welche eine Betätigung des berührempfindlichen Eingabeteils durch den Benutzer erfasst.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes berührempfindliches Bedienelement in einer geschnittenen Ansicht von der Seite,
- 2 einen Ausschnitt des berührempfindlichen Bedienelements, und
- 3 ein Leitgummi des berührempfindlichen Bedienelements in einer Ansicht von der Seite.
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßes berührempfindliches Bedienelement 1 schematisch dargestellt, welches beispielsweise in einer Mittekonsole eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Denkbar ist aber auch, dass das berührempfindliche Bedienelement 1 als Lenkradschalter ausgebildet ist, welcher auf einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Das berührempfindliche Bedienelement 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in welchem ein Trägerelement 4 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst das berührempfindliche Bedienelement 1 ein als Bedienoberfläche ausgebildetes berührempfindliches Eingabeteil 5, welches als ein Touchpad oder Touchscreen ausgebildet sein kann. Alternativ kann das Trägerelement 4 aber auch selbst als Bedienblende ausgebildet sein. Das Trägerelement 4 ist über vorzugsweise drei oder vier als Federelemente ausgestaltete Rückstellelemente 6 horizontal bewegend gegenüber dem Gehäuse 3 gelagert. Die Rückstellelemente 6, welche als Spiralfedern ausgebildet sein können, sind in den Eckbereichen des Gehäuses 3 angeordnet.
Die Rückstellelemente 6 können dabei sowohl am Trägerelement 4 als auch am Gehäuse 3 befestigt sein. Dabei können die Rückstellelemente 6 mit dem Gehäuse 3 stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. Des Weiteren können die Rückstellelemente 6 mit dem Trägerelement 4 stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. Zur Schwingungsanregung des Trägerelements 4 und des am Trägerelement 4 angeordneten berührempfindlichen Eingabeteils 5 ist ein einer Aktuatoreinheit 7 zugeordneter elektromagnetischer Aktuator vorgesehen, welcher mit dem Trägerelement 4 und/oder dem berührempfindlichen Eingabeteil 5 gekoppelt ist. Die Aktuatoreinheit 7 umfasst einen Anker 2 und einen nicht näher gezeigten Elektromagneten, wobei der Anker 2 vorzugsweise beabstandet oder in Kontakt mit dem Trägerelement 4 und/oder vorzugsweise mit dem berührempfindlichen Eingabeteil 5 ist. Der Anker 2 kann beispielsweise L-förmig ausgebildet sein und kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Trägerelement 4 und/oder mit dem berührempfindlichen Eingabeteil 5 verbunden sein. Des Weiteren umfasst die Aktuatoreinheit 7 ein Aktuatorgehäuse 8 und einen Spulenkörper 9, wobei der Spulenkörper 9 vorzugsweise in dem Aktuatorgehäuse 8 angeordnet ist und mehrere Spulenwicklungen aufweist. Der Spulenkörper 9 weist Kontaktelemente 10 auf, die an den jeweiligen Enden des Spulenkörpers 9, insbesondere an den Enden der Spulenwicklung angeordnet sind, wobei die Kontaktelemente 10 der Aktuatoreinheit 7 als Drahtenden des Spulenkörpers 9, insbesondere der Spulenwicklung ausgebildet sind, welche bei der Montage vorzugsweise durch das Trägerelement 4 an ein Leitgummi 13 gedrückt werden, wie es in der 2 visualisiert ist. Die Drahtenden werden vor dem Verbinden mit dem Leitgummi 13 zwischen dem Spulenkörper 9 und dem Leitgummi 13 angeordnet, wobei die Drahtenden des Spulenkörpers 9 aus Zinn ausgebildet sein können, um diese vor Korrosion zu schützen.
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Die Rückstellelemente 6 werden mit dem Trägerelement 4 und dem Gehäuse 3 und/oder der Leiteranordnung 11 derart verbunden, dass sich das Trägerelement 4 an dem Gehäuse 3 abstützt. Das Leitgummi 13 wird durch eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung des Aktuatorgehäuses 8 zum Gehäuse 3 vorgespannt.
Ferner ist in dem Gehäuse 3 eine als Leiteranordnung 11 ausgebildete Leiterplatte vorgesehen, welche mit der Aktuatoreinheit 7 über mindestens ein Verbindungselement 12 verbunden ist, wobei die Leiteranordnung 11 aus Gold ausgebildete Kontaktflächen 15 aufweist.
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Das als Leitgummi 13 ausgebildete Verbindungselement 12 wird bei der Herstellung des berührempfindlichen Bedienelements 1 zwischen der Leiteranordnung 11 und der Aktuatoreinheit 7 angeordnet, insbesondere zwischen der Leiteranordnung 11 und dem Aktuatorgehäuse 8 und/oder dem Spulenkörper 9 angeordnet, wobei die Kontaktelemente 10 der Aktuatoreinheit 7 in einer vordefinierten Position über dem Leitgummi 13 gehalten werden, und anschließend die Kontaktelemente 10 und die Leiteranordnung 11 derart mit dem Leitgummi 13 verbunden werden, dass das Leitgummi 13 vorgespannt wird. Dabei stützt sich die Aktuatoreinheit 8 vorzugsweise am Gehäuse 3 und an dem Leitgummi 13 ab, um das Leitgummi 13 vorzuspannen. Dabei kann sich das Aktuatorgehäuse 8 und/oder der Spulenkörper 9 sich an dem Leitgummi 13 abstützen. Ferner sind die Kontaktflächen 15 derart auf der Leiteranordnung 11 angeordnet, dass das vorgespannte Leitgummi 13 die Kontaktflächen 15 kontaktieren kann.
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In der 3 ist ein Leitgummi 13 näher dargestellt, welches in dem erfindungsgemäßen berührempfindlichen Bedienelement 1 verwendet wird.
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Das Leitgummi 13 umfasst ein aus einem Kunststoff ausgebildetes Substrat 17, einen Träger 19 zur Anordnung des Substrats 17 und ein elektrisch leitfähiges Element 16. Hier umfasst das elektrisch leitfähige Element 16 Gold oder alternativ Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit oder Ruß. Das leitfähige Element 16 könnte auch Silber umfassen. Der Träger 19 ist aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Silikonwerkstoff ausgebildet, um die Flexibilität des Leitgummis 13 sicherstellen zu können.
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Im vorliegenden Fall umfasst das Leitgummi 13 den als Kern 18 ausgebildeten Träger 19, der aus dem Elastomer, insbesondere aus einem Silikonwerkstoff ausgebildeten ist und zumindest teilweise von dem aus Kunststoff ausgebildeten Substrat 17 umschlossen ist, wobei auf dem Substrat 17 das leitfähige Element 16 angeordnet ist, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von vergoldeten Drähten umfasst. Denkbar wäre es auch, wenn der Träger 19 das Substrat 17 und/oder das leitfähige Element 16 zumindest teilweise umschließt. Es sind im Sinne der Erfindung alle denkbaren Varianten und Ausgestaltungen des Leitgummis 13 möglich, die eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der Aktuatoreinheit 7 und der Leiteranordnung 11 sicherstellen können.
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Außerdem ist an der Leiteranordnung 11 mindestens eine Sensoreinheit 14 angeordnet, welche eine Betätigung des berührempfindlichen Eingabeteils 1 durch den Benutzer, beispielsweise durch seinen Finger 20 erfasst.
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Andere alternative Ausführungen des berührempfindlichen Bedienelements 1 sind möglich. So kann die Leiteranordnung 11 auch als dünne Leiterfolie ausgebildet sein, welche beispielsweise eine Dicke von maximal 1mm bis 3mm aufweist. Die Aktuatoreinheit 7 kann auch als Piezoaktuator ausgebildet sein.
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Ferner kann auch der Spulenkörper 9 direkt mit dem Leitgummi 13 kontaktiert werden, wobei dann die Kontaktelemente 10 zwischen dem Leitgummi 13 und dem Spulenkörper 9 angeordnet sind.
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Die Aktuatoreinheit 7 kann auch mit der Leiteranordnung 11 derart verbunden werden, dass der Anker 2 im Ruhezustand des berührempfindlichen Bedienelements 1 beabstandet zu dem berührempfindlichen Eingabeteil 5 angeordnet ist. So kann in diesem Fall beispielsweise das Aktuatorgehäuse 8 mit der Leiteranordnung 11 unter Zwischenschaltung des Leitgummis 13 kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden werden, um das Leitgummi 13 vorzuspannen. Es könnte sich dann anbieten, das Aktuatorgehäuse 8 mit der Leiteranordnung 11 und/oder dem Gehäuse 3 unter Zwischenschaltung des Leitgummis 13 zu verklipsen oder zu verrasten.
