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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, wie es vorzugsweise in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Schienenfahrzeug, einem Luftfahrzeug oder einem Wasserfahrzeug verwendet wird.
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In Fahrzeugen sind zahlreiche Bedienelemente vorgesehen, deren Betätigung leicht zu einer Ablenkung des Bedieners führen kann. Hierdurch können unerwünschte Reaktionen oder ggf. sogar die Gefahr eines Unfalls entstehen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bedienelement bereitzustellen, das eine möglichst geringe Ablenkung eines Benutzers ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement, umfassend ein magnetorheologisches Material gelöst, mit mindestens einer Treiberanordnung zum Erzeugen eines veränderbaren Magnetfeldes.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Erfindungsgemäß kann durch eine magnetische Feldänderung eine Veränderung der Haptik des Bedienelementes erzeugt werden. Dies kann insbesondere durch eine Veränderung der Form des Bedienelementes und/oder durch eine Veränderung der Steifigkeit des Bedienelementes bewirkt werden. Auf diese Weise kann eine Kommunikation mit einem Benutzer des Bedienelementes erreicht werden, ohne dass der Benutzer das Bedienelement selbst anschauen muss und somit abgelenkt wird.
Bei dem magnetorheologischen Material kann es sich um ein magnetorheologisches Elastomer oder um ein magnetorheologisches Fluid handeln. Ein magnetorheologisches Elastomer enthält magnetorheologisches Material, das im Elastomer dispergiert ist. Meist handelt es sich dabei um Carbonyleisenpulver, das im Elastomer homogen dispergiert ist. Für spezielle Anwendungen kann das magnetorheologische Material auch mit einer bestimmten Textur dispergiert sein.
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Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes richtet sich das magnetorheologische Elastomer in Feldrichtung aus. Bildet das magnetorheologisch Elastomer beispielsweise den Kern einer Spule, so führt das Magnetfeld zu einer Verlängerung in Längsrichtung der Spule bzw. zu einer Querschnittsverringerung in Querrichtung der Spule. Es ergibt sich also eine entsprechende Formänderung, die als veränderte Haptik von einem Benutzer erfassbar ist.
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Ist das magnetorheologische Material als magnetorheologisches Fluid ausgebildet, so versteht es sich, dass dieses Material im Hohlraum eines Elastomers abgedichtet aufgenommen ist. Eine Veränderung des Magnetfeldes führt lediglich zu einer Veränderung der Viskosität und somit der Steifigkeit des Schaltelements, nicht jedoch zu einer Formänderung. Auch die Veränderung der Steifigkeit ist als eine veränderte Haptik von einem Benutzer erfassbar.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Treiberanordnung zur Erzeugung einer Vibration des Bedienelementes ausgebildet, insbesondere mit unterschiedlichen vom Bediener wahrnehmbaren Frequenzen, unterschiedlicher Dauer und/oder intermittierender Ausgabe.
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Auf diese Weise ist es ermöglicht, dem Benutzer durch eine Vibration anzuzeigen, dass eine Eingabe beispielsweise korrekt erfolgt ist.
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So könnte ein Benutzer beispielsweise durch eine Vibration angezeigt werden, wenn eine korrekte Eingabe erfolgt ist, beispielsweise die Eingabe einer Telefonnummer abgeschlossen ist. Oder es könnte einem Benutzer durch unterschiedliche Frequenzen angezeigt werden, ob beispielsweise eine Eingabe zu einer Erhöhung eines bestimmten Wertes oder zu einer Erniedrigung eines bestimmten Wertes erfolgen soll. Ferner können unterschiedliche Frequenzen genutzt werden, um einen Benutzer bestimmte Rückmeldungen zu geben oder bestimmte Anforderungen an einer Eingabe. In entsprechender Weise können unterschiedliche Dauern und/oder intermittierende Ausgaben einer Frequenz genutzt werden, um mit einem Benutzer zu kommunizieren.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Treiberanordnung dazu ausgebildet, zumindest einen Teil des Bedienelementes bei Aktivierung aus einer Oberfläche heraus hervortreten zu lassen oder in einer Oberfläche zu versenken.
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Auf diese Weise kann das Bedienelement dann, wenn es nicht benötigt wird, beispielsweise in einer Oberfläche versenkt bleiben und nur dann herausgefahren werden, wenn eine Eingabe erforderlich ist.
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Das Bedienelement ist vorzugsweise als Druckknopf oder Taster ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Bedienelement eine Mehrzahl von Einzelbedienelementen, die jeweils eine eigene Treiberanordnung aufweisen.
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Auf diese Weise kann ein ganzes Eingabefeld realisiert werden, beispielsweise zur Eingabe einer Telefonnummer.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Bedienelement ein magnetorheologisches Elastomer auf, das mit einer Spule zum Erzeugen eines veränderbaren Magnetfeldes gekoppelt ist, wobei die Spule mit einer elektrischen Schalteinrichtung gekoppelt ist und an mindestens einem Ende über einen Anschluss mit einem manuell beweglichen Bereich mit der Treiberanordnung verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung Mittel zur Überwachung des Magnetfeldes und/oder der Kapazität zwischen den beiden Anschlüssen aufweist, um bei Aktivierung des manuell beweglichen Bereichs einen Schaltvorgang auszulösen.
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Auf diese Weise ist das Bedienelement mit einer elektrischen Schalteinrichtung kombiniert. Das Bedienelement ist so auf besonders einfache und kompakte Weise ausgestaltet, um einerseits eine Schalteinrichtung zu realisieren und um andererseits eine veränderbare Haptik bereitzustellen, um mit einem Benutzer kommunizieren zu können.
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Ein erfindungsgemäßes Bedienelement ist vorzugsweise im 3D-Druck herstellbar.
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Im 3D-Druck können nahezu beliebige Formen realisiert werden, so dass das Bedienelement an unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen ohne weiteres anpassbar ist.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, ist ein erfindungsgemäßes Bedienelement vorzugsweise verwendbar, um mit einem Bediener zu kommunizieren, wozu eine von einem Bediener wahrnehmbare Änderung der Haptik des Bedienelementes verwendet wird. Hierzu kann etwa eine Vibration benutzt werden, um einem Bediener eine Rückmeldung auf eine Aktivierung des Bedienelementes zu geben oder um den Bediener zu einer Eingabe aufzufordern.
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Wie bereits erwähnt, ist ein erfindungsgemäßes Bedienelement vorzugsweise in einem Fahrzeug verwendbar, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Schienenfahrzeug, einem Luftfahrzeug oder einem Wasserfahrzeug.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bedienelementes mit einem magnetorheologischen Elastomer;
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Bedienelementes mit einem magnetorheologischen Fluid;
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bedienelementes, das aus einer Mehrzahl von magnetorheologischen Einzelelementen besteht;
- 4 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Bedienelementes, das in einer Oberfläche versenkt ist, im nicht aktivierten Zustand;
- 5 eine Ansicht des Bedienelementes gemäß 4 im aktivierten Zustand, wobei dieses teilweise aus der Oberfläche hervorsteht;
- 6 eine schematische Darstellung eines Bedienelementes bestehend aus neun Einzelelementen, wobei jedes Einzelelement zusätzlich einen Schaltbereich aufweist und
- 7 eine vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Bedienelementes, das einerseits als elektrisches Schaltelement verwendbar ist und andererseits ein magnetorheologisches Elastomer aufweist, um durch eine veränderte Haptik mit einem Benutzer kommunizieren zu können.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bedienelementes insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. Es handelt sich um ein Bedienelement 10 mit einem magnetorheologischen Elastomer 12 in Form eines Blockes, der von einer Spule 15 umgeben ist.
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Das magnetorheologische Elastomer 12 weist magnetisierbare Teilchen auf, die in der Elastomermatrix dispergiert sind. Meist handelt es sich hierbei um Carbonyleisenpulver, das in der Elastomermatrix homogen dispergiert ist. Für besondere Anwendungen kann auch eine Textur vorliegen.
Bei Anliegen eines äußeren Magnetfeldes werden die magnetisierbaren Teilchen im Magnetfeld reversibel magnetisiert. Es ergibt sich somit eine Formänderung, die zu einer Längenänderung, etwa zu einer Verlängerung führen kann, wie durch die Pfeile 23 und 24 angedeutet, sowie zu einer entsprechenden Querschnittsverjüngung. Gleichfalls kann sich die Steifigkeit des magnetorheologischen Elastomers 12 verändern. Eine insgesamt mit 14 bezeichnete Treiberanordnung umfasst eine Spule 15, eine Spannungsquelle 20 und einen Schalter 22.
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Dabei sind die Spannungsquelle 20 und der Schalter 22 vorzugsweise elektronisch steuerbar. Bei der Spule kann es sich etwa um eine Ringspule in zylindrischer, langgestreckter Form handeln, innerhalb derer das magnetorheologische Elastomer 12 eingeschlossen ist. Es versteht sich, dass jedoch auch diverse andere Spulenanordnungen möglich sind.
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Es versteht sich, dass das magnetorheologische Elastomer 12 nicht nur in Blockform, wie dargestellt, sondern in nahezu jeder beliebigen Form ausgebildet sein kann, was leicht durch 3D-Druck darstellbar ist. Es kann also beispielsweise eine Hohlstruktur oder eine strukturierte Hohlstruktur mit gleichen oder in unterschiedlichen Einzelelementen vorliegen.
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In 2 ist eine Abwandlung der Ausführung gemäß 1 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10a bezeichnet. Im Übrigen werden, wie auch bei den weiteren Figuren, entsprechende Bezugsziffern für entsprechende Teile verwendet.
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Anstelle eines magnetorheologischen Elastomers ist hierbei ein magnetorheologisches Fluid 13 vorgesehen, das in einem Hohlraum eines Elastomers dichtend eingeschlossen ist. Im Übrigen entspricht die Konstruktion der Anordnung gemäß 1.
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Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes ändert sich lediglich die Steifigkeit des Bedienelementes 10a, während sich keine Formänderung ergibt.
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Das Bedienelement 10 oder 10a gemäß 1 bzw. 2 kann Teil eines Schaltelementes sein, mit dem etwa ein elektrischer Schalter betätigt wird. Das Bedienelement 10 bzw. 10a kann also beispielsweise Teil eines mechanischen Stößels sein, mit dem ein elektrischer Schalter betätigt wird. Die Treiberanordnung 14 wird dazu genutzt, um durch eine veränderte Form und/oder Steifigkeit des Elastomers 12 eine variable Haptik zu erzeugen, die von einem Bediener wahrnehmbar ist.
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Somit kann an einen Bediener eine Rückmeldung gegeben werden, ob beispielsweise das Bedienelement korrekt getätigt wurde, um eine bestimmte Eingabe zu tätigen. Des Weiteren kann insbesondere eine Vibration des Elastomers 12 bewirkt werden, wobei unterschiedliche Frequenzen, eine unterschiedliche Dauer und/oder eine intermittierende Ausgabe genutzt werden kann, um mit dem Bediener bestimmte Informationen auszutauschen.
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Ferner kann das Bedienelement auch aus einer Mehrzahl von Einzelelementen bestehen, wie in den 3 und 6 schematisch dargestellt ist.
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Das Bedienelement 10b gemäß 3 besteht beispielhaft aus neun Einzelbedienelementen 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, die schachbrettartig angeordnet sind. Jedes Einzelbedienelement 26 bis 34 weist eine eigene Treiberanordnung 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 mit einer Spule aufweisen, die einzeln angesteuert werden können (Anschlüsse nicht dargestellt).
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Auf diese Weise können größere Eingabefelder realisiert werden, beispielsweise wie bei einer Telefontastatur. Mit jedem Einzelbedienelement 26 bis 34 kann ein eigener Schaltvorgang realisiert werden und eine Kommunikation mit einem Benutzer erfolgen, indem eine Formänderung bzw. eine Änderung der Steifigkeit und somit eine veränderte Haptik erzeugt wird, welche von einem Benutzer annehmbar ist.
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In den 4 und 5 ist eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Bedienelementes dargestellt und insgesamt mit 10c bezeichnet. Hierbei ist das Bedienelement 10c in einer Oberfläche 45 eingelassen und innerhalb dieser beweglich. Bei Aktivierung kann, wie etwa in 5 beispielhaft angedeutet, ein Teil des Bedienelementes 10c' aus der Oberfläche 45 nach außen erhaben hervorstehen.
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6 zeigt ein weiteres insgesamt mit 10d bezeichnetes Bedienelement, welches wiederum aus neun schachbrettartig angeordneten Einzelbedienelementen 26 bis 34 besteht.
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Jedes Einzelbedienelement 26 bis 34 weist ferner einen Schaltbereich 47 auf, welcher bei manueller Aktivierung einen elektrischen Schaltvorgang auslöst. In Abhängigkeit von der vorgegebenen Konstruktion ergibt sich im nicht aktivierten Zustand eine bestimmte Druckpunktcharakteristik, durch welche ein Schaltvorgang bei manueller Betätigung ausgelöst werden kann (Fail-Safe-Betrieb). Im aktivierten Zustand kann einerseits die Schaltcharakteristik verändert werden und andererseits eine Kommunikation mit dem Benutzer, wie vorstehend beschrieben, erreicht werden.
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In 7 ist beispielhaft ein weiteres Bedienelement dargestellt, das insgesamt mit 10e bezeichnet ist. Hierbei handelt es sich um ein Bedienelement, bei dem einerseits ein elektrisches Schaltelement 50 realisiert ist und das andererseits mit einem magnetorheologischen Elastomer 12 kombiniert ist, um eine variable Haptik zu erzeugen.
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An einem ersten Ende des magnetorheologischen Elastomers 12 ist die Spule 15 über einen flächigen Anschluss 16 verbunden, der einen erhaben nach außen hervorstehenden Schaltbereich 47 aufweist.
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An ihrem anderen Ende ist die Spule 15 über einen Anschluss 18 mit der Treiberanordnung 14 verbunden.
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Zwischen den beiden Anschlüssen 16, 18 ist eine Schalteinrichtung 50 angeschlossen. Die Schalteinrichtung 50 weist eine elektronische Überwachung auf, die eine Veränderung des Magnetfeldes und/oder der Kapazität zwischen den beiden Anschlüssen 16, 17 bei einem manuellen Eindrücken des Schaltbereiches 47 registriert. Dadurch wird ein Schaltvorgang ausgelöst, der zu einer Schaltung zwischen den beiden Anschlüssen 52, 54 führt.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e
- Bedienelement
- 12
- Elastomer
- 13
- magnetorheologisches Fluid
- 14
- Treiberanordnung
- 15
- Spule
- 16
- erster Anschluss
- 18
- zweiter Anschluss
- 20
- Spannungsquelle
- 22
- Schalter
- 23
- Pfeil
- 24
- Pfeil
- 26
- Einzelbedienelement
- 27
- Einzelbedienelement
- 28
- Einzelbedienelement
- 29
- Einzelbedienelement
- 30
- Einzelbedienelement
- 31
- Einzelbedienelement
- 32
- Einzelbedienelement
- 33
- Einzelbedienelement
- 34
- Einzelbedienelement
- 35
- Einzeltreiberanordnung
- 36
- Einzeltreiberanordnung
- 37
- Einzeltreiberanordnung
- 38
- Einzeltreiberanordnung
- 39
- Einzeltreiberanordnung
- 40
- Einzeltreiberanordnung
- 41
- Einzeltreiberanordnung
- 42
- Einzeltreiberanordnung
- 43
- Einzeltreiberanordnung
- 45
- Oberfläche
- 47
- Schaltbereich
- 50
- Schalteinrichtung
- 52
- Anschluss
- 54
- Anschluss
