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Die Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung mit einer taktil wahrnehmbaren Reaktionsfähigkeit, umfassend: ein Bedienelement, welches eine Kontaktoberfläche ausweist und von zumindest einem Federelement derart getragen wird, dass das Bedienelement durch externe Krafteinwirkung in eine Betätigungsrichtung auslenkbar ist, und einen elektromagnetischen Aktuator, welcher eine Spule und ein Übertragungsglied aufweist, wobei das Übertragungsglied derart mit dem Bedienelement gekoppelt ist, dass eine Betätigung des Bedienelements in Betätigungsrichtung eine Kippbewegung des Übertragungsglieds verursacht.
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Im Stand der Technik sind sogenannte Force-Feedback-Systeme bekannt, bei welchen einem Benutzer über eine Bedienoberfläche eine taktil wahrnehmbare Rückmeldung zu einer getätigten Bedienaktion bereitgestellt wird. Entsprechende Force-Feedback-Systeme können beispielsweise im Bereich von Touch-Displays, Touch-Pads oder geschwungenen Bedienteilen mit Touch-Sensoren Anwendung finden.
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In einer Vielzahl von Anwendungsbereichen ist es jedoch notwendig, dass neben einer taktil wahrnehmbaren Reaktionsfähigkeit der Bedieneinrichtung auch die Möglichkeit besteht, eine Kontaktoberfläche durch externe Krafteinwirkung, beispielsweise durch einen Finger, entsprechend eines Schalters zu betätigen, sodass das die Kontaktoberfläche tragende Bedienelement durch die externe Krafteinwirkung in eine Betätigungseinrichtung ausgelenkt wird.
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Bekannte Bedieneinrichtungen, welche sowohl eine taktil wahrnehmbare Reaktionsfähigkeit aufweisen als auch eine tasterähnliche Betätigung erlauben, sind bisher nicht sonderlich robust gegen mechanische Beanspruchung und/oder verursachen bei ihrer Betätigung den Benutzungskomfort beeinträchtigende Geräusche, welche durch Kratz- und/oder Schleifvorgänge im Inneren der Bedieneinrichtung entstehen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine Bedieneinrichtung mit einer taktil wahrnehmbaren Reaktionsfähigkeit und einer tasterähnlichen Betätigungsmöglichkeit bereitzustellen, welche mechanisch robust ist und keine den Benutzungskomfort beeinträchtigenden Geräusche verursacht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Bedieneinrichtung der eingangs genannten Art, wobei der elektromagnetische Aktuator derart ausgebildet ist, dass eine Bestromung der Spule eine Lateralbewegung des Übertragungsglieds verursacht und die Lateralbewegung zur Erzeugung einer an der Kontaktoberfläche taktil wahrnehmbaren Bewegung an das Bedienelement übertragen wird.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass ein verkippbares und gleichzeitig in Lateralrichtung bewegbares Übertragungsglied einerseits eine Bewegung des Bedienelements in Betätigungsrichtung aufnehmen kann und andererseits die Erzeugung einer an der Kontaktoberfläche taktil wahrnehmbaren Bewegung des Bedienelements erlaubt. Die taktil wahrnehmbare Bewegung des Bedienelements ist dabei vorzugsweise eine Seitwärtsbewegung, welche der Lateralbewegung des Übertragungsglieds folgt. Die laterale Auslenkung des Übertragungsglieds wird durch die Lorentz-Kraft umgesetzt, welche durch das Bestromen der Spule erzeugt wird. Die Spule des elektromagnetischen Aktuators kann beispielsweise eine Flachspule, insbesondere eine Backlackspule, sein. Das Übertragungsglied kann als Eisenrückschlussplatte ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung weist das Übertragungsglied einen Spulenaufnahmebereich auf, innerhalb welchem das Übertragungsglied mit der Spule verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Übertragungsglied und der Spule kann stoff-, kraft- oder formschlüssig sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spule im Spulenaufnahmebereich des Übertragungsglieds mit dem Übertragungsglied verklebt. Insbesondere weist die Spule zwei gegenüberliegende im Wesentlichen gradlinige Spulensegmente auf, wobei diese gradlinigen Spulensegmente mit dem Spulenaufnahmebereich des Übertragungsglieds verbunden sind.
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In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung wird das Übertragungsglied im Spulenaufnahmebereich durch ein nicht-magnetisches Stützelement abgestützt, welches sich vorzugsweise durch eine zentrale Ausnehmung der Spule erstreckt. Das Stützelement kann beispielsweise plattenförmig ausgebildet und/oder im Wesentlichen hochkant ausgerichtet sein. Das Stützelement kann beispielsweise eine Kunststoffplatte sein. Vorzugsweise ist das Stützelement derart ausgebildet, dass eine Formveränderung, insbesondere eine Stauchung, des Stützelements während der Verwendung der Bedieneinrichtung im Wesentlichen vermieden wird. Insbesondere kann das Stützelement auch als Gummiplatte ausgebildet sein.
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Darüber hinaus ist eine erfindungsgemäße Bedieneinrichtung vorteilhaft, bei welcher das Übertragungsglied im Spulenaufnahmebereich eine Materialausnehmung aufweist, in welche das Stützelement eingreift. Durch den Eingriff in die Materialausnehmung wird das Stützelement stabilisiert. Die Materialausnehmung kann beispielsweise ein länglicher Schlitz sein. Wenn die Materialausnehmung als länglicher Schlitz und das Stützelement plattenförmig ausgebildet ist, kann eine stirnseitige Kante des Stützelements in die als Schlitz ausgebildete Materialausnehmung eingreifen. Vorzugsweise greift das Stützelement auch auf der dem Übertragungsglied gegenüberliegenden Seite in eine Materialausnehmung ein. Auch diese Materialausnehmung kann schlitzförmig ausgebildet sein und eine stirnseitige Kante des Stützelements aufnehmen.
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Darüber hinaus ist eine erfindungsgemäße Bedieneinrichtung bevorzugt, bei welcher das Übertragungsglied einen sich von dem Aufnahmebereich erstreckenden länglichen Hebelabschnitt aufweist, welcher mit dem Bedienelement gekoppelt ist. Die Kopplung zwischen dem länglichen Hebelabschnitt und dem Bedienelement kann beispielsweise durch einen unmittelbaren Kontakt zwischen einem Endbereich des länglichen Hebelabschnitts und dem Bedienelement realisiert sein. Alternativ kann die Kopplung zwischen dem länglichen Hebelabschnitt und dem Bedienelement auch indirekt umgesetzt sein, sodass zwischen dem länglichen Hebelabschnitt und dem Bedienelement ein oder mehrere Zwischenelemente angeordnet sind. Über den Hebelabschnitt des Übertragungsglieds wird die Kippbewegung des Übertragungsglieds verursacht, wenn das Bedienelement durch externe Krafteinwirkung in die Betätigungsrichtung ausgelenkt wird. Außerdem wird die Lateralbewegung des Übertragungsglieds über den länglichen Hebelabschnitt an das Bedienelement übertragen, wobei das Bedienelement aufgrund der Lateralbewegung des Übertragungsglieds eine an der Kontaktoberfläche taktil wahrnehmbare Seitwärtsbewegung ausführt.
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Ferner ist eine erfindungsgemäße Bedieneinrichtung vorteilhaft, bei welcher die Spule und das Übertragungsglied in ein gemeinsames Kunststoffteil eingespritzt sind. Auf diese Weise werden die Spule und das Übertragungsglied zu einem gemeinsamen Montageteil zusammengefasst, wodurch die Montage vereinfacht und die Herstellungskosten verringert werden.
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In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung sind auf der dem Übertragungsglied gegenüberliegenden Seite der Spule ein oder mehrere Permanentmagneten angeordnet, wobei zwischen der Spule und dem einen oder den mehreren Permanentmagneten ein Luftspalt ausgebildet ist. Vorzugsweise weist der eine oder weisen die mehreren Permanentmagneten jeweils gegenüberliegende Pole auf, wobei ein Pol auf der der Spule zugewandten Seite des einen oder der mehreren Permanentmagneten angeordnet ist und ein Pol auf der der Spule gegenüberliegenden Seite des einen oder der mehreren Permanentmagneten angeordnet ist. Durch die konstruktive Umsetzung der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung kann der Luftspalt zwischen dem einen oder den mehreren Permanentmagneten und der Spule äußerst klein gehalten werden. Da der Luftspalt als magnetischer Widerstand und somit als Störfaktor wirkt, erlaubt der vergleichsweise kleine Luftspalt die Umsetzung eines effizienten magnetischen Systems. Der eine oder die mehreren Permanentmagneten sind vorzugsweise als Stabmagneten ausgebildet und/oder weisen eine quaderförmige Grundform auf.
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In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung ist der eine oder sind die mehreren Permanentmagneten auf einer Trägerplatte befestigt, wobei die Trägerplatte vorzugsweise das Stützelement abstützt. Der eine oder die mehreren Permanentmagneten sind vorzugsweise stoff-, kraft- und/oder formschlüssig mit der Trägerplatte verbunden. Insbesondere ist der eine oder sind die mehreren Permanentmagneten mit der Trägerplatte verklebt. Die Trägerplatte kann eine Eisenrückschlussplatte sein. Wenn die Trägerplatte das Stützelement abstützt, kann die Trägerplatte beispielsweise eine Materialausnehmung aufweisen, in welche das Stützelement eingreift. Die Materialausnehmung kann eine Schlitzform aufweisen, sodass eine stirnseitige Kante eines plattenförmig ausgebildeten Stützelements in diese eingreifen kann.
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Darüber hinaus ist eine erfindungsgemäße Bedieneinrichtung vorteilhaft, bei welcher das zumindest eine Federelement dazu eingerichtet ist, eine Bewegung des Bedienelements sowohl in Betätigungsrichtung als auch in Lateralrichtung zu erlauben und bei einer Auslenkung des Bedienelements dieses mit einer Rückstellkraft zu beaufschlagen. Vorzugsweise sind die Betätigungsrichtung und die Lateralrichtung rechtwinklig zueinander angeordnet. Durch die Rückstellkraft wird das Bedienelement nach Beendigung der externen Krafteinwirkung wieder in die Ursprungsposition verbracht. Außerdem wird das Bedienelement durch die Rückstellkraft nach Beendigung der an der Kontaktoberfläche taktil wahrnehmbaren Bewegung des Bedienelements wieder in die Ursprungsposition verbracht.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung weist diese mehrere als Blattfedern ausgebildete Federelemente auf, wobei zumindest zwei als Blattfedern ausgebildete Federelemente an gegenüberliegenden Seiten des Bedienelements mit dem Bedienelement verbunden sind. Vorzugsweise sind die Federelemente außerdem an einer Trägerstruktur oder einem Gehäuse befestigt.
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Insbesondere weist die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung ein Wegmesssystem auf, über welches die Auslenkung des Bedienelements in Betätigungsrichtung erfassbar ist. Auf diese Weise kann eine Betätigung des Bedienelements festgestellt werden, woraufhin eine an der Kontaktoberfläche taktil wahrnehmbare Bewegung des Bedienelements umgesetzt werden kann, um dem Bediener eine taktil wahrnehmbare Rückmeldung zu einer Betätigungsaktion bereitzustellen.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung in einer schematischen Seitenansicht; und
- 2 das Übertragungsglied samt Spule der in der 1 dargestellten Bedieneinrichtung in einer Draufsicht.
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Die 1 zeigt eine Bedieneinrichtung 10 mit einer taktil wahrnehmbaren Reaktionsfähigkeit. Die Bedieneinrichtung 10 umfasst ein Bedienelement 12 und einen elektromagnetischen Aktuator 22.
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Das Bedienelement 12 weist eine Kontaktoberfläche 14 auf, auf welche, beispielsweise mittels eines Fingers F, eine externe Kraft 16 aufgebracht werden kann. Durch die externe Krafteinwirkung wird das Bedienelement 12 in eine Betätigungsrichtung 18 ausgelenkt. Die Auslenkung des Bedienelements 12 in die Betätigungsrichtung 18 wird durch gegenüberliegende Federelemente 20a, 20b ermöglicht.
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Die Federelemente 20a, 20b sind als Blattfedern ausgebildet und weisen jeweils zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Federsegmente auf. Beim Beaufschlagen des Bedienelements 12 mit der externen Kraft 16 wird das in der Darstellung horizontal verlaufende Federsegment der Federelemente 20a, 20b elastisch verformt. Durch die elastische Verformung wird außerdem eine Rückstellkraft erzeugt, mittels welcher das Bedienelement 12 in die ursprüngliche Position zurückbewegt wird, sobald die Einwirkung der externen Kraft 16 aufgehoben wird.
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Der elektromagnetische Aktuator 22 umfasst eine Spule 24 und ein Übertragungsglied 26. Das Übertragungsglied 26 ist dabei derart mit dem Bedienelement 12 gekoppelt, dass eine Betätigung des Bedienelements 12 in Betätigungsrichtung 18 eine Kippbewegung 28 des Übertragungsglieds 26 verursacht.
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Wie in der 2 dargestellt, weist das Übertragungsglied 26 ein Spulenaufnahmebereich 34 und einen sich von dem Spulenaufnahmebereich 34 erstreckenden länglichen Hebelabschnitt 36 auf. Der längliche Hebelabschnitt 36 ist in einem Endbereich mit dem Bedienelement 12 gekoppelt, sodass durch eine Linearbewegung des Bedienelements 12 in Betätigungsrichtung 18 die Kippbewegung 28 des Übertragungsglieds 26 verursacht wird.
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Der elektromagnetische Aktuator 22 ist ferner derart ausgebildet, dass eine Bestromung der Spule 24 eine Lateralbewegung 30 des Übertragungsglieds 26 verursacht. Die Lateralbewegung 30 wird zur Erzeugung einer an der Kontaktoberfläche 14 taktil wahrnehmbaren Bewegung 32a, 32b an das Bedienelement 12 übertragen. Die an der Kontaktoberfläche 14 taktil wahrnehmbaren Bewegung 32a, 32b des Bedienelements 12 ist dabei eine Seitwärtsbewegung, welche der Lateralbewegung 30 des Übertragungsglieds 26 folgt. Die Übertragung der Bewegung von dem Übertragungsglied 26 auf das Bedienelement 12 erfolgt wiederum über den länglichen Hebelabschnitt 36 des Übertragungsglieds 26.
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Die Spule 24 ist als Flachspule ausgebildet und innerhalb des Spulenaufnahmebereichs 34 mit dem Übertragungsglied 26 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Übertragungsglied 26 und der Spule 24 ist eine Klebverbindung. Die Spule 24 weist zwei gegenüberliegende und gradlinig verlaufende Spulensegmente 46a, 46b auf, welche in Kontakt mit dem Spulenaufnahmebereich 34 des Übertragungsglieds 26 stehen.
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Aus der Seitenansicht in der 1 ist ersichtlich, dass das Übertragungsglied 26 im Spulenaufnahmebereich 34 durch ein nicht-magnetisches Stützelement 38 abgestützt wird, welches sich durch die zentrale Ausnehmung 48 der Spule 24 erstreckt. Das Stützelement 38 ist als Kunststoffplatte ausgebildet. Ferner greift das Stützelement 38 mit einer ersten stirnseitigen Kante in eine im Spulenaufnahmebereich 34 des Übertragungsglieds 26 angeordnete Materialausnehmung 52 ein. Darüber hinaus greift das Stützelement 38 auf der dem Übertragungsglied 26 gegenüberliegende Seite in eine Materialausnehmung 50 einer Trägerplatte 42 ein. Durch den Eingriff in die Materialausnehmungen 50, 52 wird das Stützelement 38 stabilisiert. Die Materialausnehmungen 50, 52 sind als längliche Schlitze ausgebildet.
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Die Trägerplatte 42 und die Federelemente 20a, 20b sind an einer Gehäuseplatte 44 befestigt. Zwischen der Trägerplatte 42 und der Spule 24 sind zwei gegenüberliegende Permanentmagneten 40a, 40b angeordnet. Die beiden Permanentmagneten 40a, 40b sind auf der Trägerplatte 42 befestigt. Zwischen der Spule 24 und den Permanentmagneten 40a, 40b ist ein Luftspalt ausgebildet. Die beiden Permanentmagneten 40a, 40b weisen jeweils einen ersten der Spule 24 zugewandten Pol und einen zweiten gegenüberliegenden der Trägerplatte 42 zugewandten Pol auf. Durch eine Bestromung der Spule 24 wird auf diese Weise die Lateralbewegung 30 des Übertragungsglieds 26 durch die im Bereich der Spule 24 wirkende Lorentz-Kraft umgesetzt.
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Aufgrund des minimalen Luftspalts zwischen der Spule 24 und den Permanentmagneten 40a, 40b wird ein besonders effektives magnetisches System umgesetzt.
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Die Lateralbewegung 30 des Übertragungsglieds 26 sowie die daraus resultierende Seitwärtsbewegung 32a, 32b des Bedienelements 12 wird ebenfalls durch die Federelemente 20a, 20b ermöglicht. Die in der 1 vertikal verlaufenden Federsegmente der Federelemente 20a, 20b werden durch die Seitwärtsbewegung 32a, 32b des Bedienelements 12 elastisch verformt. Durch die elastische Verformung wird außerdem eine Rückstellkraft erzeugt, welche das Bedienelement 12 in die ursprüngliche Position zurückbewegt, sobald die Bestromung der Spule 24 unterbrochen wird.
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Das Übertragungsglied 26 und die Trägerplatte 42 können jeweils als Eisenrückschlussplatte ausgebildet sein. Die Bedieneinrichtung 10 weist ferner ein nicht dargestelltes Wegmesssystem auf, über welches die Auslenkung des Bedienelements 12 in die Betätigungsrichtung 18 erfasst werden kann. Wenn eine Betätigung des Bedienelements 12 durch das Wegmesssystem erfasst wird, kann dem Benutzer über die an der Kontaktoberfläche 14 taktil wahrnehmbare Bewegung 32a, 32b des Bedienelements 12 eine Rückmeldung zu einer Betätigungsaktion bereitgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bedieneinrichtung
- 12
- Bedienelement
- 14
- Kontaktoberfläche
- 16
- externe Kraft
- 18
- Betätigungsrichtung
- 20a, 20b
- Federelemente
- 22
- Aktuator
- 24
- Spule
- 26
- Übertragungsglied
- 28
- Kippbewegung
- 30
- Lateralbewegung
- 32a, 32b
- Bewegung des Bedienelements
- 34
- Spulenaufnahmebereich
- 36
- Hebelabschnitt
- 38
- Stützelement
- 40a, 40b
- Permanentmagneten
- 42
- Trägerplatte
- 44
- Gehäuseplatte
- 46a, 46b
- Spulensegmente
- 48
- zentrale Ausnehmung
- 50
- Materialausnehmung
- 52
- Materialausnehmung
- F
- Finger
