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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement insbesondere für den Innenbereich von Kraftfahrzeugen.
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Auf dem Gebiet der Innenausstattung von Fahrzeugen ist es üblich, Trägerteile wie Instrumententafeln, Türinnenverkleidungen, Fahrzeughimmel oder Mittelkonsolen mit flächigen Dekormaterialien wie Leder, Kunstleder oder Alcantara oder anderen Textilien zu kaschieren. Häufig wird das flächige Dekormaterial nicht direkt auf das Trägerteil kaschiert, sondern zwischen Trägerteil und Dekormaterial eine Haptikschicht wie ein Abstandsgewirke oder Schaumstoff vorgesehen, um einen ansprechenden haptischen Eindruck zu vermitteln. Eine solche Haptikschicht lässt sich komprimieren und weist eine gewisse Rückstellkraft auf, so dass sie „weich“ erscheint.
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In den letzten Jahren hat sich ein Trend zu hinterleuchtbaren Flächen entwickelt. Hierbei wird grundsätzlich auf ein Trägermaterial ein Lichtleiter aufgebracht, der mit einer Lichtquelle wie einer LED-Lampe beleuchtet wird. Oberhalb des Lichtleiters ist eine wenigstens teilweise transparente Schicht vorgesehen. Im Nachtbetrieb, also wenn die Lichtquelle eingeschaltet ist, wird das Licht von der Lichtquelle durch den Lichtleiter geleitet und tritt dann an den für das Licht durchlässigen Stellen der teilweise transparenten Schicht durch diese Schicht hindurch und in den Kraftfahrzeuginnenraum. Um eine gleichmäßige räumliche Lichtverteilung zu erreichen, wird häufig zwischen dem Lichtleiter und der teilweise lichtdurchlässigen Schicht ein Diffusor vorgesehen.
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Mit solchen hinterleuchteten oder hinterleuchtbaren Flächen kann, insbesondere bei Dunkelheit, eine ansprechende Grundbeleuchtung im Fahrzeuginnenraum erzielt werden, die bei Helligkeit nahezu unsichtbar ist.
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Im Bereich der gehobenen Fahrzeuginnenausstattung besteht der Wunsch, auch hinterleuchtete Flächen mit hochwertigen nicht transparenten oder translucenten Dekormaterialien wie Leder oder Kunstleder bereitzustellen. Nachdem solche Dekormaterialien nicht transparent oder nicht translucent sind, ist es erforderlich, in diese Materialien Löcher oder Öffnungen einzubringen, damit das Licht in dem Lichtleiter auf der Rückseite des Dekormaterials durch das Dekormaterial auf die Sichtseite hindurchtreten kann.
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Solche hinterleuchteten Dekorflächen sind beispielsweise aus der
DE 10 2016 121 042 A1 und der
DE 10 2016 214 806 A1 bekannt. Eine Weiterentwicklung solcher flächigen Dekorelemente mit einer Vielzahl von Öffnungen für den Lichtdurchtritt und einer Streuscheibe ist in der älteren Anmeldung der hiesigen Anmelderin
DE 10 2018 130 738.1 beschrieben.
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Solche hinterleuchteten Dekorflächen werden häufig im Türmittelfeld eingesetzt, wobei durch die jeweilige Form der Öffnungen eine Vielzahl von Designs möglich ist.
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Die Beleuchtung der jeweiligen Öffnungen erfolgt im Allgemeinen durch eine Lichtquelle, insbesondere LEDs, die in Bezug auf die Intensität und Farbe regelbar sein sollte.
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In den letzten Jahren werden häufig Touch-Bedienelemente eingesetzt. Im Allgemeinen handelt es sich dabei um Glas- oder Kunststoffoberflächen, die über Kraftsensoren verfügen. Auch können die Flächen, in der die Kraftsensoren integriert sind, auf mehreren Drucksensoren bzw. Mikrotastern oder anderen Sensorelementen gelagert sein, um - soweit möglich - eine tatsächliche Betätigung von einem ungewollten Berühren zu unterscheiden. Der herkömmliche Aufbau bedarf mehrerer mechanischer Komponenten, was die Kosten in die Höhe treibt.
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Bei den bislang bekannten Touch-Bedienelementen werden silikonbasierte Mikrotaster, Drucktaster oder Piezoelemente eingesetzt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bedienelement anzugeben, das insbesondere zur Steuerung im Innenraum von Kraftfahrzeugen, beispielsweise für die Beleuchtung, einsetzbar ist, das berührungssensitiv ist und kostengünstig herstellbar und bei dem Funktionsauslösungen durch ungewollte Berührungen vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Bedienelement weist einen Näherungssensor, eine Haptikschicht und eine Auswerteeinheit auf, wobei die Haptikschicht auf den Näherungssensor kaschiert und der Näherungssensor mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Der Näherungssensor ist so eingestellt, dass er bei hinreichendem Druck auf die Haptikschicht ein Signal an die Auswerteeinheit weiterleitet.
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Erfindungsgemäß ist die Haptikschicht auf den Näherungssensor kaschiert.
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Haptikschichten weisen ja einen angenehmen haptischen Eindruck auf, sie sind weich, federn, lassen sich komprimieren und stellen sich wieder zurück.
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Erfindungsgemäß ist der Näherungssensor derart eingestellt, dass er eine Annäherung/Veränderung in der Haptikschicht anzeigt. Erfolgt nun eine stärkere Berührung bzw. ein Druck auf die Haptikschicht oder die mit der Haptikschicht verbundene Dekorschicht, so wird die weiche Haptikschicht eingedrückt, der Näherungssensor detektiert in der Haptikschicht eine Veränderung und leitet ein entsprechendes Signal an die Auswerteeinheit weiter. Sobald der Druck auf die Haptikschicht nachlässt, stellt sich diese wieder zurück. Je stärker die Haptikschicht komprimiert wird, desto stärker ist der hierfür erforderliche Druck.
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Erfindungsgemäß ist der Näherungssensor nun so eingestellt, dass er eine Veränderung bzw. Annäherung detektiert, wenn die Veränderung/Annäherung den für die Signalauslösung erforderlichen Näherungsabstand von dem Sensor erreicht hat.
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Ist der Sensor derart eingestellt, dass er bereits bei einem größeren Näherungs- bzw. Veränderungsabstand in der Haptikschicht eine Näherung anzeigt, so reicht bereits ein leichtes Drücken auf die Haptikschicht aus, um den erforderlichen Abstand zu dem Sensor zu erreichen und ein Signal auszulösen.
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Ist der Sensor jedoch auf einen geringeren Abstand eingestellt, so muss die Haptikschicht stärker komprimiert werden, um in die erforderliche Nähe des Näherungssensors zu gelangen und ein Signal auszulösen. Eine geringere Nähe korrespondiert mit einem stärkeren Druck auf das Abstandsgewirke, so dass eine Signalauslösung durch unbeabsichtigtes Berühren des Bedienelements vermieden wird.
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Als Haptikschicht wird vorzugsweise ein Abstandsgewirke, ein Schaumstoff, Thermoplastisches Elastomer (TPE) oder ein anderes weiches rückfederndes Material eingesetzt.
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Üblicherweise ist die Haptikschicht zwischen 0,5 und 5,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,8 und 3 mm dick.
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Zudem sollte die Haptikschicht transparent, transluzent und dauerhaft rückstellfähig sein. Üblicherweise liegt die Eindrückkraft bei 10 - 25 N, vorzugsweise bei 15 - 20 N.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Haptikschicht ein offen- oder geschlossenporiger Schaumstoff oder ein TPE.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Abstandsgewirke als Haptikschicht eingesetzt. Das Abstandsgewirke weist eine obere und eine untere, auf den Näherungssensor kaschierte oder mit dem Näherungssensor verbundene untere Deckschicht auf und abstandshaltende elastische Verbindungsfäden, die die Elastizität und Federung bewirken.
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In Abstandsgewirken können die Polfäden so stabilisiert werden, dass eine dauerhafte Biegeelastizität gewährleistet wird und damit das Gewirke eine elastische Zusammendrückbarkeit ähnlich der eines Schaumstoffs bekommt. Die Abstandsgewirke zeichnen sich somit durch eine gute Druckentlastung und ein definiertes elastisches Verhalten aus.
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Das Abstandsgewirke wirkt somit wie ein Schalter, der durch Druck betätigt werden kann. Wie stark auf das Abstandsgewirke oder auf die mit dem Abstandsgewirke verbundene Dekorschicht gedrückt werden muss, um ein Signal auszulösen, hängt von der Art und der Federkraft des Abstandsgewirkes und dem für den Sensor spezifischen maximalen Abstand ab, ab dem ein Signal erzeugt wird.
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Erfindungsgemäß können somit die aus dem Stand der Technik bekannten Schalter oder mechanischen Teile entfallen, da die häufig bei der KFZ-Innenausstattung sowieso vorhandene Haptikschicht quasi als Schalter eingesetzt wird, derart, dass durch Druck auf die Haptikschicht ab einem bestimmten Druck das Schalten von einem Zustand A in einen Zustand B in dem Näherungssensor bewirkt wird. Das Schalten von dem Zustand A in den Zustand B erfolgt, sobald ein bestimmter Druck auf die Haptikschicht ausgeübt und damit der erforderliche Näherungsabstand an den Sensor erreicht ist.
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Wird nun eine Haptikschicht verwendet, die einen stärkeren Druck zum Eindrücken erfordert und/oder wird der Sensor derart eingestellt, dass er erst bei einem geringen Näherungsabstand vom Näherungssensor ein Signal sendet, so ist ein relativ großer Druck auf die Haptikschicht erforderlich, um ein Signal zu erzeugen.
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Auf diese Weise lässt sich auf einfache Weise verhindern, dass durch zufällige Berührungen Signale ausgelöst werden.
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Durch die Verwendung der Näherungssensoren in Verbindung mit der Haptikschicht können zusätzliche mechanische Komponenten eingespart werden, was die Kosten reduziert und den Aufbau vereinfacht, zumal häufig zwischen einem Innenausstattungsträgerteil und dem Dekormaterial wie Leder eine Haptikschicht vorgesehen ist.
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Somit sind für ein solches Bedienelement, bei dem die Gefahr einer unbeabsichtigten Signalauslösung reduziert ist, zusätzlich zu dem sowieso meist vorhandenen Verbund aus Leder und Haptikschicht nur der Näherungssensor und die Auswerteeinheit erforderlich.
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Die Größe und Ausdehnung des Bedienelements hängt von der Größe und Ausdehnung des Näherungssensors ab. Dieser kann die Größe eines üblichen Bedienknopfes aufweisen oder auch flächig sein und sich über einen größeren Bereich erstrecken.
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Dem Näherungssensor können unterschiedliche Messprinzipien zugrunde liegen, wesentlich ist allein, dass er ab Erreichen eines bestimmten Näherungsabstands gegenüber dem Sensor ein Signal erzeugt.
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Der Näherungssensor kann beispielsweise ein kapazitiver Sensor, ein Widerstandssensor, ein induktiver Sensor, ein Lichtstromsensor oder ein auf der Zählung von Impulsen beruhender Sensor sein.
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Vorzugsweise wird ein kapazitiver Näherungssensor eingesetzt, da diese Sensoriktechnologie Signale erzeugt, die sehr präzise in Schaltsignale umgewandelt werden können.
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Besonders bevorzugt ist der Einsatz von kapazitiven Sensoren in Form von Folien.
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In einer besonders bevorzugten Variante, die sich insbesondere für berührungsempfindliche Bedienelemente in hinterleuchteten Dekorflächen eignet, ist der Näherungssensor in Form einer transparenten auf kapazitiven Änderungen beruhender Folien ausgebildet. Solche Folien lassen sich direkt auf einen Lichtleiter kleben, und auf die Folie wird dann die Haptikschicht und auf diese das perforierte Dekormaterial kaschiert, so dass das Licht von dem Lichtleiter durch die transparente Folie, die wie ein Diffusor wirkende Haptikschicht und das perforierte Dekormaterial hindurch in den Innenraum des Fahrzeugs austreten kann.
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Der Druck wird in dieser Variante auf die Dekoroberfläche ausgeübt, die den Druck an die darunter befindliche Haptikschicht überträgt, die dann eingedrückt wird, wodurch der Näherungssensor ein Signal an die Auswerteeinheit weiterleitet.
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Auf diesem Aufbau beruhend kann das Bedienelement selbst auch von hinten beleuchtet werden. Soweit keine Streuscheibe eingesetzt wird, sollte der Näherungssensor transparent sein, um den Durchtritt des Lichts von dem Lichtleiter durch die Haptikschicht zu der Öffnung in der Dekorschicht zu ermöglichen.
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Das Dekormaterial ist vorzugsweise Leder, Kunstleder, Folie, Kunststoff, Alcantara oder auch ein textiles Material. Das Dekormaterial kann perforiert oder nicht perforiert sein. Im Allgemeinen ist das Dekormaterial bis auf etwaige speziell für den Lichtdurchtritt eingebrachte Öffnungen lichtundurchlässig. Die Schichtdicke des Dekormaterials liegt vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 3,0 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,8 mm und 2,0 mm.
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Grundsätzlich können in dem Dekormaterial die unterschiedlichsten Öffnungen in gleichem oder unterschiedlichem Abstand eingebracht werden. Beliebige Formen der Öffnungen sind möglich, kreisförmige Öffnungen, rechteckige, dreieckige Öffnungen, sternförmige Öffnungen, quadratische Öffnungen, Öffnungen in Form von Buchstaben, Logos oder irgendwelchen anderen beliebigen Mustern etc. Je größer die Öffnung, desto mehr Licht tritt durch eine Öffnung hindurch und desto heller ist die Hinterleuchtung.
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In einer weiteren Variante kann das mit perforiertem Leder kaschierte Bedienelement mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Farben von hinten beleuchtet oder gar beim Anschalten ein Farbprogramm abgespielt werden.
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Falls gewünscht kann der Näherungssensor auch mit einem Akustikelement gekoppelt sein, der eine Signalerzeugung durch die Annäherung akustisch anzeigt.
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Als Auswerte- und Steuereinheit wird vorzugsweise ein Mikrocontroller eingesetzt, der die Signale des Sensors empfängt und in Steuersignale für weitere Funktionseinheiten wie Leuchtmodule, Aktuatoren oder Tonsignalgeber verarbeitet.
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Das erfindungsgemäße Bedienelement kann in seitlichen oder oben angebrachten Flächen im Fahrzeug angebracht, aber auch komplett in die Verkleidung (Instrumententafel) integriert sein. Auch eine Teilintegrierung ist möglich, beispielsweise als Dachbedieneinheit.
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Mit dem Bedienelement lassen sich Lampen, LEDs, Aktuatoren, hinterleuchtete Flächen z.B. im Türmittelfeld, oder Tonsignale im Fahrzeuginnenbereich bedienen bzw. schalten.
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Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Bedienelement auch zur Bedienung anderer Vorrichtungen, insbesondere im Automobilinnenbereich, aber auch von Schaltfunktionen aller Art, eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
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Es zeigt:
- 1: das Bedienelement im Schnitt a) ohne Druck auf die Haptikschicht und b) mit Druck auf die Haptikschicht,
- 2: ein hinterleuchtetes Dekorelement mit einer Lederdekorschicht und mit dem erfindungsgemäßen Bedienelement und
- 3: ein hinterleuchtetes Bedienelement (schematisch).
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In 1a ist das Bedienelement 10 im Ruhezustand dargestellt. Es umfasst eine Haptikschicht 12, einen Näherungssensor 20 und eine Auswerteeinheit 30, die mit dem Näherungssensor 20 verbunden ist.
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Auf die Haptikschicht 12 kann eine Dekorschicht 11, beispielsweise aus Leder, kaschiert sein.
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Die Haptikschicht 12 ist in dem Ausführungsbeispiel in 1 ein Abstandsgewirke 12, somit ein doppelflächiges Textil mit einer oberen Deckschicht 13 und einer unteren Deckschicht 14, bei dem die kettengewirkten Deckschichten 13, 14 durch abstandshaltende Verbindungsfäden 15 (Polfäden) auf Distanz gehalten werden.
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Alternativ zu dem Abstandsgewirke kann auch jedes andere geeignete Haptikmaterial als Haptikschicht verwendet werden.
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Die Haptikschicht 12 ist auf einen Näherungssensor 20 kaschiert, der mit der Auswerteeinheit 30 verbunden ist.
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Der Näherungssensor 20 ist derart eingestellt, dass dann, wenn das sich oberhalb des Näherungssensors 20 befindliche Abstandsgewirke 12 wenigstens auf den Näherungsabstand 21 eingedrückt wird, ein Signal an die Auswerteeinheit 30 übermittelt wird.
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1b zeigt das Bedienelement 10 und einen Finger 50, der auf das Abstandsgewirke 12 oberhalb des Näherungssensors 20 drückt. Dabei wird das Abstandsgewirke 12 zusammengedrückt, indem die Polfäden 15 wie Federn komprimiert werden. Dadurch gelangt der Finger 50 in den Näherungsbereich 21 des Näherungssensors 20, in dem ein Signal ausgelöst und an die Auswerteeinheit 30 übermittelt wird.
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Somit wird bei einem bestimmten Druck bzw. bei einem hinreichenden Eindrücken des Abstandsgewirkes 12 ein Signal ausgelöst, das dann an die Auswerteeinheit 30 weitergeleitet wird.
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Die Auswerteeinheit 30 ist mit dem zu steuernden Gegenstand, beispielsweise einer LED-Lampe, verbunden, die in ihrer Lichtintensität, ihrer Farbe gesteuert oder nur ein- und ausgeschaltet werden soll (vgl. 2).
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Sobald der Druck mit dem Finger 50 auf das Abstandsgewirke 12 beendet ist, richten sich die Polfäden 15 wieder auf, vgl. 1a.
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Anstelle eines Abstandsgewirkes 12 kann als Haptikschicht 12 auch ein Schaumstoff oder ein anderes weiches rückfederndes flächiges Material eingesetzt werden.
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Nachdem beim Eindrücken des Abstandsgewirkes 12 in 1b mit dem Finger 50 ein gewisser Druck ausgeübt werden muss, um die erforderliche Annäherung an den Näherungssensor 20 zu erzielen, ist zur Signalauslösung eine gewisse Kraft erforderlich, die letztendlich von den spezifischen Eigenschaften und der Elastizität der Haptikschicht 12 und der Einstellung der Empfindlichkeit des Näherungssensors 20 abhängt.
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Nachdem über die Eigenschaften der Haptikschicht 12 die erforderliche Kraft des Eindrückens einstellbar ist, wirkt die Haptikschicht 12 wie ein Schalter, bei dem ja ebenfalls der Kraftaufwand, der zur Einleitung der Änderung von einem Zustand A in einen Zustand B, festgelegt werden kann.
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Der Näherungssensor 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein kapazitiver Sensor.
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In 2 ist eine hinterleuchtete Dekormaterialschicht 11 mit dem erfindungsgemäßen Bedienelement 10 dargestellt. Die Sichtseite der hinterleuchteten Dekorschicht 11 bildet das Dekormaterial Leder 11, das auf das Abstandsgewirke 12 kaschiert ist. Der Aufbau Dekorschicht 11 bzw. Leder und Abstandsgewirke 12 entspricht dem aus 1. Unterhalb des Abstandsgewirks 12 befindet sich der Näherungssensor 20, der eine kapazitive Änderungen detektierende Folie ist.
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In der Öffnung 32 in dem Dekormaterial 11 und in der Öffnung in dem Abstandsgewirke 12 stecken die Streuelemente 33 einer Streuscheibe 36. Die Streuscheibe 36 umfasst eine Streuplatte 35 und eine Vielzahl von hervorstehenden Streuelementen 33, die sich von der Ebene der Streuplatte 35 nach außen in Richtung des Fahrzeuginneren erstrecken, wobei die Form und Anordnung der Streuelemente 33 auf der Streuplatte 35 mit der Form und Anordnung der Öffnungen 32 in dem Dekormaterial 11 und dem Abstandsgewirke 12 korrespondiert, derart, dass die Streuelemente 33 die Öffnung 32 ausfüllen.
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Die Streuscheibe 36 bewirkt eine homogene, nicht winkelabhängige Beleuchtung.
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Die Leuchtvorrichtung 18, die zur Beleuchtung des Dekormaterials 11 von dessen Rückseite her dient, umfasst eine Lichtquelle 19 wie eine LED-Lampe, einen flexiblen oder biegesteifen Lichtleiter 22, einen Diffusor 23 und einen Reflektor 24. Der Diffusor 23 kann beispielsweise ein Abstandsgewirke oder ein Vlies sein. Er dient dazu, das in der Lichtquelle 19 erzeugte und in den Lichtleiter 22 eingespeiste Licht diffus zu machen und so eine gerichtete beendende Lichtstrahlung zu verhindern.
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Die Beleuchtung erfolgt durch eine seitliche Lichtquelle 19, die Licht in den Lichtleiter 22 einspeist. Der sich auf der dem Dekormaterial 11 abgewandten Seite des Lichtleiters 22 befindliche Reflektor 24 bewirkt den Lichttransport zu den jeweiligen Streuelementen 33.
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Der Diffusor 23 kann auf die Rückseite der Streuplatte 35 aufkaschiert sein.
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In der Variante gemäß 2 ist auf die Rückseite der Streuscheibe 36 ein Diffusor 23 kaschiert und zwischen dem Diffusor 23 und dem Lichtleiter 22 ist ein Spalt 27, der eine homogenere und gleichmäßigere Bestrahlung als bei dem direkten Aufkleben des Diffusors 23 auf den Lichtleiter 22 bewirkt. Der Spalt 27 wird beispielsweise dadurch erhalten, dass der Diffusor 23 und der Lichtleiter 22 an einigen Stellen eine Punktverschweißung 28 aufweisen.
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Der Näherungssensor 20 ist mit einem Mikroprozessor als Auswerteeinheit 30 verbunden und dieser wiederum mit der Lichtquelle 19. Bei einem Druck auf die Dekorschicht 11 wird das Abstandsgewirke 12 eingedrückt, der Näherungssensor 20 detektiert eine Annäherung, wie in 1 erläutert und leitet ein Signal an die Auswerteeinheit 30, die ihrerseits die Lichtquelle 19 anschaltet.
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In 3 ist ein hinterleuchtetes Bedienelement 10 dargestellt. Dieses entspricht in seinem Aufbau der Variante aus 2 mit dem Unterschied, dass keine Streuscheibe 36 vorgesehen ist. Der Näherungssensor 20 ist eine transparente, kapazitive Änderungen detektierende Folie, auf deren einer Seite die Haptikschicht 12 kaschiert ist. Auf der anderen Seite befindet sich ein Lichtleiter 22, in den seitlich Licht aus einer Lichtquelle 19 eingestrahlt wird. Nachdem der Näherungssensor 20 transparent ist und die Haptikschicht 12 streut und lichtdurchlässig ist, gelangt das Licht durch die Haptikschicht 12 hindurch und tritt dann durch die im Leder 11 vorgesehenen Öffnungen 32 aus.
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Durch Druck auf die Sichtseite des Leders 11 wird die Haptikschicht 12 analog zu 1 zusammengedrückt, ein Signal wird im Näherungssensor 20 erzeugt und an die Auswerteeinheit 30 weitergeleitet, die dann ein Gerät 90 wie einen Airbag, eine (andere) Beleuchtung o.Ä. beispielsweise an- oder ausschaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016121042 A1 [0006]
- DE 102016214806 A1 [0006]
- DE 102018130738 [0006]
