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Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät mit einem Bedienteil, das beweglich, bevorzugt schwingungsfähig, gegenüber einem Träger gelagert ist, um mittels eines Aktors in Bewegung, wie Schwingung, versetzt werden zu können. Die Bewegung bzw. Schwingung ist für den Bediener bei Berührung fühlbar und dient somit der Erzeugung einer für den Bediener haptisch merkbaren Rückmeldung, auch Feedback genannt, während und nach der händischen Eingabe. Eine solche Vorgehensweise ist aus dem Stand der Technik bekannt. Für diese Bewegung werden im Stand der Technik beispielsweise der
US 2008055277 A1 unterschiedliche Schwingungsrichtung vorgeschlagen. Auch betreffend den Aktor, bevorzugt den elektrisch betätigten Aktor, sind unterschiedlichen Konzepte bekannt, beispielsweise eine piezoelektrische Anregung.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem der „schwimmenden“ und rückstellenden Lagerung des Bedienteils. Hier kommt es auf eine möglichst reibungsfreie, verschleißarme und Vandalismus resistente Lagerung an, damit die Ruhestellung des Bedienteils zuverlässig beibehalten wird. Insbesondere im Kraftfahrzeug kommt es darauf an, dass Spaltmaße von aufgrund der Relativbewegung konstruktionsbedingt zwingend vorzusehenden Spalten am Eingabegerät mit zunehmender Nutzungsdauer nicht zunehmen. Dies ist nicht nur optisch nachteilig, sondern birgt die Gefahr, dass diese Spalte zumindest auf Dauer nicht mehr zuverlässig abgedichtet werden können. Gleichzeitig besteht Bedarf, eine beispielsweise für die Auslösung des haptischen Feedbacks erforderliche Kraftsensorik zur Detektion der bei der Eingabe aufgebrachten Betätigungskraft eines Bedieners in das Eingabegerät zu integrieren.
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Darüber hinaus besteht Bedarf nach einer solchen Lagerung des Bedienteils, bei dem eine rückstellende Lageveränderung in der zur berührempfindlichen Eingabefläche des Bedienteils parallelen Richtung sich nach der Montage zuverlässig und vor allem reproduzierbar einstellt und beibehalten wird, um auf aufwendige Justierarbeiten verzichten zu können. Darüber hinaus muss die Rückstellungswirkung dauerhaft und dabei gleichbleibend sein, um nicht die Bewegungsanregung durch den Aktor im Betrieb nachjustieren zu müssen.
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Generell sind hohe Anforderung an die Lagerung des Bedienteils zu stellen, insbesondere wenn sich die Richtung der durch den Aktor bewirkten Stoß- oder Schwingungsanregung nicht mit der Richtung der bei Berührung aufgebrachten Betätigungskraft deckt, insbesondere beide Richtungen orthogonal zueinanderstehen.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass ein hinsichtlich der Lagerung seines Bedienteils verbessertes Eingabegerät bereitgestellt wird, welches die Detektion der durch den Bediener aufgebrachten Betätigungskraft mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Detektionspräzision bei gleichzeitig vergleichsweise hoher Integrationsdichte ermöglicht und somit insgesamt die Detektion vereinfacht. Diese Aufgabe wird durch ein Eingabegerät des Anspruchs 1 gelöst. Eine entsprechend vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät. Das erfindungsgemäße Eingabegerät weist ein Bedienteil, insbesondere ein Touchpad, auf. Das Bedienteil weist eine Eingabefläche, insbesondere eine berührempfindliche Eingabefläche, auf. Der Begriff „Touchpad“ im Sinne der Erfindung ist weit auszulegen und betrifft jegliches berührempfindliches Eingabegerät, bei dem ortsauflösend eine Berührung einer Eingabefläche detektiert wird. Bevorzugt ist ein Touchpad vorgesehen, um beispielsweise entsprechend einem Berührungsverlauf eine Eingabe, beispielsweise die Steuerung eines Cursors auf einem Display, zu bewirken.
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Erfindungsgemäß kann das Touchpad Teil einer Kombination aus Anzeige- und berührempfindlicher Eingabefläche („touchscreen“) sein oder eine displaylose, also rein berührempfindliche Eingabefläche definieren. Die Berührkoordinaten bzw. deren Verläufe werden beispielsweise kapazitiv, resistiv oder optisch ermittelt.
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Der Begriff „Bedienteil“ umfasst ferner beispielsweise einen die berührempfindliche Eingabefläche, bzw. das Touchpad unterstützendes und damit starr verbundenes Grundteil. Das Grundteil wird beispielsweise aus Formmasse, beispielsweise einem Duroplast oder Thermoplast, in einem formgebenden Verfahren wie einem Spritzgussverfahren hergestellt.
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Das erfindungsgemäße Eingabegerät weist ferner einen Träger auf, an dem das Bedienteil beweglich gelagert ist. Das erfindungsgemäße Eingabegerät umfasst ferner Mittel zur beweglichen Lagerung des Bedienteils an dem Träger, nachfolgend auch kurz als Mittel bezeichnet, um das Bedienteil in einer Auslenkrichtung aus einer Ruhestellung auslenkbar und in die Ruhestellung rückstellend zu lagern. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Mittel sind ferner ausgebildet, das Bedienteil in einer Detektionsrichtung, die nicht mit der Auslenkrichtung zusammenfällt, aus der Ruhestellung entgegen einer Rückstellkraft verlagerbar zu lagern. Bevorzugt ist die Auslenkrichtung im Wesentlichen parallel zur Eingabefläche orientiert.
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Anders ausgedrückt, es ist eine Bewegung des Bedienteils samt seines gegebenenfalls vorgesehenen Grundteils in wenigstens entlang zweier unterschiedlicher, d.h. nicht paralleler Richtungen aus der Ruhestellung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Aktor zur Bewegungsanregung des Bedienteils in Auslenkrichtung und damit zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung für den Bediener vorgesehen. Bevorzugt handelt es sich um einen Aktor, dessen Bewegungsanregung durch Beaufschlagung mit einem elektrischen Ansteuersignal auslösbar ist, wie ein elektromagnetischer oder piezoelektrischer Aktor. Noch bevorzugter ist ein elektromagnetischer Aktor vorgesehen, der einen Anker und eine mit dem Anker elektromagnetisch zusammenwirkende, elektrische Spule umfasst und beispielsweise nach dem Tauchankerprinzip, Flachankerprinzip oder Voice-Coil-Prinzip aufgebaut ist. Die resultierende Bewegung des Bedienteils ist dabei nicht zwingend schwingend, d.h. mit einer oder mehreren Durchgängen durch die ursprüngliche Ruhelage verbundene Bewegung sondern es kann sich auch um eine Bewegung handeln, die ausschließlich eine einmalige Auslenkung und gedämpfte Rückkehr in die Ruhelage beinhaltet.
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Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zur beweglichen Lagerung des Bedienteils mindestens ein Blattfederelement, das wie folgt ausgebildet ist. Es weist einen ersten elastischen Abschnitt auf, um das Bedienteil in Auslenkrichtung auslenkbar und rückstellend zu lagern. Der erste elastische Abschnitt weist beispielsweise in einer bevorzugten Richtung, nämlich in der Auslenkrichtung, seine höchste Biegeelastizität auf. Das Blattfederelement weist erfindungsgemäß ferner einen metallischen oder metallisch beschichteten, zweiten elastischen Abschnitt auf, um das Bedienteil in Detektionsrichtung entgegen der Rückstellkraft verlagerbar zu lagern. Der zweite elastische Abschnitt weist beispielsweise in einer bevorzugten Richtung, nämlich in der Detektionsrichtung seine höchste Biegeelastizität auf. Bevorzugt sind mehrere Blattfederelemente vorgesehen, die alle übereinstimmend ausgebildet sind. Das Blattfederelement ist ferner bevorzugt aus Federstahl, beispielsweise in einem Stanzschritt als Stanzteil hergestellt. Bevorzugt ist die Auslenkrichtung im Wesentlichen parallel zur Eingabefläche ausgerichtet.
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Zur Detektion einer auf die Eingabefläche wirkenden Betätigungskraft ist erfindungsgemäß ein kapazitiver Kraftsensor vorgesehen. Beispielsweise wird bei Überschreiten einer vorgegebenen Betätigungskraft ein haptisches, durch den Aktor erzeugtes Feedback ausgelöst. Beispielsweise ist der Kraftsensor zwischen dem Träger und Betätigungsteil angeordnet und am Träger festgelegt. Der Kraftsensor ist erfindungsgemäß ausgebildet, die Verlagerung des Bedienteils in Detektionsrichtung aufgrund einer auf die Eingabefläche durch den Bediener aufgebrachten Betätigungskraft anhand der Variation einer Messkapazität zu detektieren, die er in Zusammenwirken mit dem zweiten elastischen Abschnitt des Blattfederelements erzeugt, weil dieser leitfähig beschichtet oder aus einem Metall ausgebildet ist und gegebenenfalls ferner mit einem elektrischen Potenzial beaufschlagt ist. Erfindungsgemäß ist eine mit dem Kraftsensor und gegebenenfalls mit dem Aktor elektrisch leitend verbundene Auswerteinheit vorgesehen, die ausgebildet ist, bei oder nach Überschreiten einer vorgegebenen Verlagerung eine Schalt- oder Steuerfunktion zu bewirken und/oder die Erzeugung einer haptischen Rückmeldung durch den Aktor zu triggern. Beispielsweise ist der zweite elastische Abschnitt mit der Auswerteinheit verbunden, um diesen mit einem elektrischen Potenzial zur Bestimmung der Variation der Messkapazität zu beaufschlagen. Durch die Integration des zweiten elastischen Abschnitts bzw. die leitfähige Beschichtung des zweiten elastischen Abschnitts als kapazitiv wirkenden Geber für den Kraftsensor in die Lagerungsmittel wird eine hohe Integrationsdichte sowie eine hohe Genauigkeit bei der Detektion der Betätigungskraft erreicht.
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Bevorzugt ist das Blattfederelement als Winkelblech ausgebildet und der erste elastische Abschnitt und der zweite elastische Abschnitt schließen bevorzugt einen Winkel zwischen 80° und 100° ein. Dadurch sind Detektionsrichtung und Auslenkrichtung annähernd orthogonal zueinander.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Blattfederelement endständige Befestigungsabschnitte auf, von denen ein erster zur Festlegung am Bedienteil und ein zweiter zur Festlegung am Träger ausgebildet ist.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Befestigungsabschnitte durch formschlüssige Aufnahme am Träger bzw. Bedienteil festgelegt ist. Dies wird beispielsweise durch Umspritzen in einem formgebenden Spritzgussverfahren erreicht. Bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens ein Befestigungsabschnitt, bevorzugter der erste Befestigungsabschnitt, Rastmittel aufweist. Beispielsweise weist der Befestigungsabschnitt eine Rastausnehmung oder einen Rastdurchbruch auf, in den eine trägerseitige oder bedienteilseitige Rastnase eingreift.
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Bevorzugt ist der zweite Befestigungsabschnitt kraftschlüssig am Träger festgelegt. Beispielsweise weist der zweite Befestigungsabschnitt einen Durchbruch auf, der von einer Schraube durchgriffen wird, um den zweiten Befestigungsabschnitt am Träger festzulegen.
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Bevorzugt bildet das Blattfederelement zwischen dem zweiten Befestigungsabschnitt und dem zweiten elastischen Abschnitt einen Versatz aus, um die freie Beweglichkeit des zweiten elastischen Abschnitts in Detektionsrichtung zu ermöglichen.
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Bevorzugt ist der zweite Befestigungsabschnitt gekröpft, um in Zusammenwirken mit dem Träger oder einer am Träger befestigten Komponente, wie einer Leiterplatte, eine Positionierhilfe auszubilden, indem das gekröpfte Ende beispielsweise in eine trägerseitige, beispielsweite in der Leiterplatte ausgebildete, Ausnehmung eingreift.
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Bevorzugt weist der erste Befestigungsabschnitt wenigstens einen seitlichen Ausleger als Ausrichthilfe auf. Beispielsweise wird der Ausleger formschlüssig in eine bedienteilseitige Aufnahme aufgenommen, um die Ausrichtung des Blattfederelements relativ zum Bedienteil sicherzustellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Eingabegeräts erstreckt sich der zweite elastische Abschnitt des Blattfederelements zumindest in der Ruhestellung entlang einer ersten Hauptfläche einer am Träger festgelegten Leiterplatte, wobei die Leiterplatte eine Elektrode des Kraftsensors trägt.
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Beispielsweise ist die Elektrode auf einer ersten Hauptfläche der Leiterplatte angeordnet, die dem zweiten elastischen Abschnitt zugewandt ist. Bevorzugt ist die Elektrode auf der zweiten, dem zweiten elastischen Abschnitt abgewandten Hauptfläche der Leiterplatte angeordnet, um einen Berührkontakt zwischen der Elektrode und dem Blattfederelemente unter allen Bedingungen zu vermeiden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem zweiten Abschnitt und der Leiterplatte ein Luftspalt eingehalten wird, also in der Ruhstellung und der durch die Betätigungskraft bewirkten Verlagerung des Bedienteils eine Berührung zwischen dem zweiten elastischen Abschnitt und der Leiterplatte ausgeschlossen ist. Beispielsweise wird dies durch den zuvor erwähnten Versatz zwischen dem zweiten Befestigungsabschnitt und dem zweiten elastischen Abschnitt im Verlauf des Blattfederelements erreicht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der erste elastische Abschnitt und der zweite elastische Abschnitt über einen Winkelabschnitt des Blattfederelements einstückig miteinander verbunden, wobei der Winkelabschnitt Verstärkungs- und/oder Versteifungsmittel aufweist. Beispielsweise weist der Winkelabschnitt Querschnittsverdickungen und/oder Querschnittsaufweitungen gegenüber dem ersten und zweiten elastischen Abschnitt auf, oder es sind Prägungen in den Winkelabschnitt eingebracht.
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Die Erfindung betrifft ferner die vorteilhafte Verwendung des Eingabegeräts in den zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen in einem Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
- 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 1;
- 2 eine perspektivische Ansicht des Blattfederelements 4 aus 1.
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1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 1. Es weist ein Bedienteil 2 auf, welches ein Grundteil 2b und ein auf dem Grundteil 2b befestigtes Touchpad 2a umfasst. Das Touchpad 2a definiert eine berührempfindliche Eingabefläche 10, die dem nicht dargestellten Bediener zugewandt ist, damit dieser durch händische Berührung Eingaben auf der berührempfindlichen Eingabefläche 10 vornehmen kann.
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Das Bedienteil 2 ist in einer Auslenkrichtung S als eine der möglichen Bewegungsrichtungen aus der in 1 gezeigten Ruhestellung auslenkbar und elastisch rückstellend an einem Träger 3 gelagert, der der Festlegung des Eingabegeräts 1 an einer nicht dargestellten Innenverkleidung oder einem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs dient. Die bewegliche Lagerung wird durch vier gleichförmig ausgestaltete Blattfederelemente 4 erreicht, wobei das Bedienteil 2 sich über die Blattfederelemente 4 an dem Träger 3 abstützt. Die Blattfederelemente 4 sind jeweils aus gestanztem Federstahlblech ausgebildet. Die Auslenkrichtung S ist dabei im Wesentlichen parallel zu der durch die Eingabefläche 10 definierten Ebene. Als abstützende Lagerung wird verstanden, dass die Blattfederelemente 4 bei der bestimmungsgemäßen Handhabung des Eingabegeräts 1 gar nicht oder allenfalls geringfügig auf Zug beansprucht werden. Die elastisch rückstellende Lagerung in Auslenkrichtung S ist vorgesehen, um eine Bewegungsanregung durch einen Aktor 7 zur haptischen Rückmeldung an den Bediener vornehmen zu können. Der Aktor 7 umfasst einen am Träger 3 befestigten, Elektromagneten 7a und einen mit dem Elektromagneten 7a magnetisch zusammenwirkenden, am Bedienteil 2 befestigten Anker 7b. Der Anker 7b ist beispielsweise durch Umspritzen an dem Bedienteil 2 befestigt, indem in einem formgebenden Verfahren das Grundteil 2b durch Umspritzen des in einem zugehörigen Formnest eines Spritzgießwerkzeugs angeordneten Ankers 7b hergestellt wurde. Das Zusammenwirken von dem Anker 7b mit dem durch das vom Elektromagneten 7b erzeugten Magnetfeld sorgt für eine Auslenkung des Bedienteils 2 in Auslenkrichtung S relativ zum Träger 3, sofern der Elektromagnet 7b mit einem Ansteuersignal beaufschlagt wird. Die Auslenkung wird von dem Bediener, sofern er die Eingabefläche 10 mit seinem Finger berührt, als haptische Rückmeldung (auch haptisches Feedback genannt) wahrgenommen.
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Die Blattfederelemente 4 sind als Winkelbleche ausgebildet und weisen jeweils endständig einen ersten Befestigungsabschnitt 4c und einen zweiten Befestigungsabschnitt 4d auf. Der erste Befestigungsabschnitt 4c dient der Festlegung des Blattfederelements 4 am Bedienteil 2 und Bedienteil 2 und Blattfederelement 4 weisen beispielsweise zusammenwirkende Rastmittel 5 zur Herstellung einer Rastverbindung auf. Wie aus 2 ersichtlich, weist der erste Befestigungsabschnitt 4c seitliche Ausleger 4h auf, die als Ausrichthilfe bei der Montage und als Verdrehschutz im Betrieb dienen.
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Beispielsweise umfassen die Rastmittel 5 eine Rastnase die in einen Rastdurchbruch (4i in 2) eingreift. Der zweite Befestigungsabschnitt 4d dient der Festlegung am Träger 3 und weist einen Durchbruch (4j in 2) auf, den eine Schraube 12 durchgreift, um den zweiten Befestigungsabschnitt 4d kraftschlüssig am Träger 3 zu befestigen. Der zweite Befestigungsabschnitt 4d weist ferner eine gekröpften Abschnitt 4e auf, der in einen Durchbruch einer am Träger 3 befestigten Leiterplatte 6 eingreift und so der Positionierung des zweiten Befestigungsabschnitts 4d am Träger 3 dient.
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Das Blattfederelement 4 weist jeweils einen ersten elastischen Abschnitt 4a auf, der für die Beweglichkeit des Bedienteils 2 in der Auslenkrichtung S sorgt. Ein dazu im Wesentlichen sich orthogonal über einen Winkelabschnitt 4g einstückig anschließender zweiter elastischer Abschnitt 4b des Blattfederelements ist vorgesehen, um eine Bewegung des Bedienteils 2 entlang einer Detektionsrichtung D entgegen einer von dem zweiten elastischen Abschnitt 4b erzeugten Rückstellkraft zu ermöglichen. Die Detektionsrichtung D ist im Wesentlichen orthogonal zur Auslenkrichtung S. Zur Versteifung des Winkelabschnitts 4g weist dieser seitlich vorstehende Verbreiterungen auf, so dass das Blattfederelement 4 im Bereich des Winkelabschnitts 4g gegenüber dem ersten elastischen Abschnitt 4a und dem zweiten elastischen Abschnitt 4b im Querschnitt verbreitert ist.
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Der zweite elastische Abschnitt 4b erstreckt sich in der Ruhestellung annähernd parallel zur Leiterplatte 6, wobei ein Versatz 4f dafür sorgt, dass ein Luftspalt 11 zwischen der dem zweiten elastischen Abschnitt 4b zugewandten Hauptfläche der Leiterplatte 6 und dem zweiten elastischen Abschnitt 4b eingehalten wird, wobei das vom Luftspalt 11 eingehaltene Spaltmaß mit der Betätigungskraft variiert. Auf der dem zweiten elastischen Abschnitt 4b abgewandten Hauptseite der Leiterplatte 6 ist eine Elektrode eines kapazitiven Kraftsensors 8 angeordnet, die bei Beaufschlagung mit einem Potenzial in Zusammenwirken mit dem metallischen oder zumindest metallisch beschichteten zweiten Abschnitt 4b eine Messkapazität ausbildet, deren Variation durch den kapazitiven Kraftsensor 8 detektierbar ist. Die Variation ergibt sich durch Verlagerung des Bedienteils 3 in Detektionsrichtung und der sich daraus ergebenden Vergrößerung des Luftspaltes 11 bzw. des Abstandes zwischen Elektrode des Kraftsensors 8 und dem zweiten elastischen Abstand 4b. Der Kraftsensor 8 ist elektrisch leitend mit einer auf der Leiterplatte 6 angeordneten Auswerteinheit 9, die ferner elektrisch leitend mit dem Elektromagneten 7a des Aktors 7 verbunden ist. Wird somit mittels des Kraftsensors 8 ein Erreichen bzw. Überschreiten einer vorgegeben Betätigungskraft detektiert, wird ein haptisches Feedback durch den Aktor 7 getriggert, indem der Elektromagnet 7a mit einem Ansteuersignal beaufschlagt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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