DE102020111601B3 - Vorrichtung zum Messen einer auf eine Bedienoberfläche ausgeübten Kraft - Google Patents

Vorrichtung zum Messen einer auf eine Bedienoberfläche ausgeübten Kraft Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Messen einer auf eine Bedienoberfläche (2) ausgeübten Kraft (4), mit einer Messeinrichtung (8) zum Messen einer Auslenkung eines Referenzbereiches (6) aus einer Ruhelage (7). Hierbei ergibt sich die Auslenkung aus einer durch die ausgeübte Kraft (4) bedingten elastischen Verformung einer einerseits zumindest mittelbar mit der Bedienoberfläche (2) und andererseits mit einem Basisbereich (9) verbundenen Feder (10). Mittels einer Umrechnungseinrichtung ist die auf die Bedienoberfläche (2) ausgeübte Kraft (4) aus der gemessenen Auslenkung bestimmbar. Ferner ist vorgesehen, dass der Referenzbereich (6) an einem Hebelelement (11) angeordnet ist, welches an der Feder (10) derart angeordnet ist, dass sich durch eine Auslenkung (5) der Bedienoberfläche (2) genau eine zu messende Hebelauslenkung (12) des Referenzbereiches (6) aus einer Ruhelage (7) ergibt. Diese ist verglichen mit der Auslenkung (5) der Bedienoberfläche (2) verstärkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer auf eine Bedienoberfläche ausgeübten Kraft, mit einer Messeinrichtung zum Messen einer Auslenkung eines Referenzbereiches aus einer Ruhelage, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Messung einer auf eine Bedienoberfläche ausgeübten Kraft, wobei als eine Messgröße eine Auslenkung eines Referenzbereiches aus einer Ruhelage bestimmt wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
  • Aus der DE 10 2017 223 731 A1 ist ein elektrooptischer Touchscreen mit integrierter Drucksensierung bekannt, wobei die Lage des elektrooptischen Touchscreens zu einer Referenzfläche durch Aufbringen einer Kraft auf seine Oberfläche veränderbar ist. Eine Sensierungsvorrichtung ist hierbei kapazitativ ausgestaltet und weist eine Elektrode auf.
  • Aus der DE 10 2018 115 220 A1 geht ein Betätigungsmodul für ein Kraftfahrzeug hervor, welches ein Trägerelement und ein Gehäuse aufweist, welche mit mindestens einem Rückstellelement miteinander verbunden sind. Das Betätigungsmodul weist dabei eine Sensoreinheit auf, welche eine zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse wirkende Kraft und/oder eine Annäherung zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse detektiert.
  • Aus der US 2011 / 0 297 859 A1 ist ein Drucktastenmechanismus für eine mehrere Maßnahmen umfassende Steuerung einer Dosiereinheit bekannt. Der Drucktastenmechanismus umfasst dabei einen unteren Teil und eine Abdeckung, welche miteinander verbunden sind.
  • Die US 7 102 090 B2 beschreibt eine Frontplatte, welche eine Mehrzahl integral mit der Frontplatte ausgebildete Drucktasten umfasst.
  • Aus dem Stand der Technik sind demnach Kraftmessvorrichtungen bekannt, mittels derer Kräfte bestimmt werden, welche von einem Bediener auf ein Touchpad ausgeübt werden.
  • Zweck einer solchen Kraftmessung ist dabei insbesondere, zwischen Kraftausübungen mit und ohne Bedienabsicht zu unterscheiden und in ersterem Falle eine Übermittlung eines Rückmeldesignals an den Bediener zu senden. Eine derartige Kraftrückmeldung an den Bediener dient beispielsweise dazu, diesem zu signalisieren, dass eine Kraft einer gewissen Mindestgröße und somit eine eventuell vorhandene Bedienabsicht von einer mit der Bedienoberfläche verknüpften Bedieneinrichtung wahrgenommen wurde.
  • Eine solche Kraftrückmeldung, beziehungsweise englisch Force-Feedback, wird häufig durch eine unmittelbar an einen Bedienvorgang anschließende mechanische Beschleunigung und/oder Vibration der Bedienoberfläche realisiert. Hierdurch wird dem Bediener ein taktiler bzw. haptischer Reiz, beispielsweise über nach dem Bedienvorgang noch auf der Bedienoberfläche befindliche Fingerkuppen, übermittelt.
  • Die Kraftmessung selbst basiert häufig auf einer Messung einer Auslenkung der Bedienoberfläche aus einer Ruhelage, wobei eine Feder einerseits mit der Bedienoberfläche und andererseits mit einem Basisbereich zumindest mittelbar verbunden ist. Wird eine bestimmte Kraft auf die Bedienoberfläche ausgeübt, ergibt sich daher je nach Parametern eines vorherrschenden Federgesetzes eine bestimmte Auslenkung der Bedienoberfläche aus der Ruhelage. Diese Auslenkung kann dann mittels geeigneter Sensoren zur Abstandsbestimmung bestimmt werden. Bei Kenntnis eines charakteristischen Kraft-Auslenkungsgesetzes der Feder kann aus der Auslenkung eine Kraft bestimmt werden, von der anzunehmen ist, dass sie der Auslenkung zugrunde gelegen hat.
  • Um bei dem Bediener einen Eindruck mangelnder Stabilität und damit mangelnder Wertigkeit der Bedienoberfläche zu vermeiden, werden häufig sehr steife Federn verwendet. Derartige steife Federn zeigen selbst bei relativ hohen ausgeübten Kräften lediglich eine geringe Auslenkung. Da solche geringen Auslenkungen für ihn nur schlecht wahrnehmbar sind, kann der Bediener nicht mehr anhand der Auslenkung bzw. des Nachgebens der Bedienoberfläche als Reaktion auf die durch ihn selbst ausgeübte Kraft entscheiden, ob eine Bedienung mit einer ausreichenden Kraft stattgefunden hat. Hierdurch kann eine Übermittlung des beschriebenen Force-Feedback-Signals umso notwendiger werden.
  • So werden üblicherweise Federn verwendet, die bei einer ausgeübten Kraft von wenigen Newton Auslenkungen von weniger als einem Millimeter bzw. Bruchteilen eines Millimeters erlauben.
  • Die Bedienoberfläche ist im Stand der Technik üblicherweise an einem Bediengrundkörper so angeordnet, dass die Bedienoberfläche für den Bediener zugänglich und einsehbar ist.
  • Üblicherweise verwendete Messeeinrichtungen zur Bestimmung der Auslenkung der Bedienoberfläche sind derart aufgebaut, dass ein Abstand zwischen einem an dem Bediengrundkörper angeordneten Referenzbereich und dem Basisbereich gemessen wird. Befindet sich die Bedienoberfläche bzw. der Bediengrundkörper in der Ruhelage, so kann ein Ruhelagenabstand gemessen werden. Wird ein anderer Abstand als der Ruhelagenabstand gemessen, so entspricht die Differenz zwischen dem gemessenen Abstand und dem Ruhelagenabstand der Auslenkung der Bedienoberfläche aus der Ruhelage. Der Basisbereich kann hierbei an einem die Bedienoberfläche umgebenden und diese aufnehmenden festen Bauraum, beispielsweise in einer Fahrzeuginnerverkleidung, angeordnet sein. Insbesondere kann der Basisbereich dadurch charakterisiert werden, dass sich die Bedienoberfläche bei einer Bedienung relativ zu dem Basisbereich bewegt.
  • Nachteilig am Stand der Technik ist daher, dass sich die im Stand der Technik aus Gründen eines Produktdesigns durchaus gewünschten geringen Auslenkungen der Bedienoberfläche durch vorhandene, für den praxistauglichen Einsatz, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, geeignete Messeinrichtungen messtechnisch unter Umständen schlecht erfassen lassen. Hierdurch ist auch die Bestimmung der auf die Bedienoberfläche ausgeübten Kraft mit signifikanten Unsicherheiten belegt. Zur Erhöhung der Verlässlichkeit der Messung ist daher häufig eine kompliziertere Datenaufbereitung nötig, da ein Signal-Rausch-Abstand sehr gering ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer auf eine Bedienoberfläche ausgeübte Kraft zu schaffen, die eine einfache und zugleich präzise Messung der auf die Bedienoberfläche ausgeübten Kraft ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit ein Referenzbereich an einem als mechanischer Auslenkungsverstärker dienenden, an der Feder angeordneten Hebelelement angeordnet. Dabei ist der Referenzbereich an dem Hebelelement dergestalt angeordnet, dass bei einer bestimmten Auslenkung eines Bediengrundkörpers das Hebelelement eine im Vergleich zu der Auslenkung des Bedienkörpers verstärkte Hebelauslenkung vollzieht. Als verstärkt ist die Hebelauslenkung dabei zu bezeichnen, wenn eine differenzielle Änderung der Hebelauslenkung bei einer differenziellen Variation der ausgeübten Kraft innerhalb eines messbaren Bereichs an ausgeübter Kraft größer als oder zumindest gleich einer differenziellen Änderung der Auslenkung ist. In anderen Worten soll die Ableitung der Hebelauslenkung nach der Kraft innerhalb eines zur Messung vorgesehenen Kraftbereiches stets größer oder gleich der Ableitung der Auslenkung nach der Kraft sein.
  • Der Vorteil einer derartigen Auslenkungsverstärkung ergibt sich daraus, dass sich für verschiedene ausgeübte Kräfte für die korrespondierenden Hebelauslenkungen größere Unterschiede ergeben als für die korrespondierenden Auslenkungen. Diese größeren Unterschiede lassen sich auch durch gängige, praxisrelevante Messeinrichtungen, welche insbesondere zum Einbau in Kraftfahrzeugen tauglich sind, gut bestimmen. Weiterhin stellt die erfindungsgemäße mechanische Auslenkungsverstärkung eine verhältnismäßig einfache und kostengünstige Lösung der gestellten Aufgabe dar.
  • Unter Beibehaltung einer hohen Steifigkeit eines Touchscreens kann also eine Genauigkeit der Kraftmessung erhöht bzw. die Messtechnik vereinfacht werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Feder eine Blattfeder ist, welche eine Kröpfung ausweist und das Hebelelement in einem Bereich der Kröpfung angeordnet ist. Ist die Feder als Blattfeder ausgebildet, welche eine Kröpfung aufweist und ist das Hebelelement in dem Bereich der Kröpfung angeordnet, so kann das Hebelelement vorteilhafterweise bei Deformation der Blattfeder die im Vergleich zu dem Bediengrundkörper verstärkte Auslenkung vollziehen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Hebelelement an einem zu der Bedienoberfläche parallelen Abschnitt der Blattfeder parallel zu der Bedienoberfläche angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung des Hebelelements kann dieses vorteilhafterweise Auslenkungen aufweisen, welche orthogonal zu der Bedienoberfläche und dem Basisbereich sind. Eine Messeinrichtung kann daher in dem Basisbereich angeordnet sein, was Vorteile für eine Bauraumausnutzung mit sich bringen kann. Weiterhin vorteilhaft ist, dass sich das Hebelelement entlang einer Ausdehnung des Bediengrundkörpers von diesem beabstandet erstrecken kann.
  • Wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Referenzbereich zumindest teilweise Licht reflektierend ausgebildet ist, so kann eine optische Messung der Hebelauslenkung vereinfacht werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Referenzbereich zumindest teilweise aus einem Strom leitenden und/oder magnetischen Material ausgebildet ist. Durch eine derartige Machart des Referenzbereiches kann der Abstand zwischen Basisbereich und Referenzbereich vorteilhafterweise mit kapazitativen und/oder induktiven Abstandssensoren gemessen werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Messung einer auf eine Bedienoberfläche ausgeübten Kraft ist durch die Merkmale des Anspruchs 6 gegeben.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die ausgeübte Kraft mit einer verbesserte Präzision bestimmt werden, da eine Auslenkung der Bedienoberfläche nicht direkt gemessen wird, sondern vor der Messung mechanisch verstärkt wird. Dies führt zu einer vorteilhaften Verbesserung eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses. Hierdurch wird es möglich, beispielsweise einfachere und damit kostengünstigere Messeinrichtungen zu verwenden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Hebelauslenkung induktiv und/oder kapazitativ und/oder optisch bestimmt wird. Eine Bestimmung der Hebelauslenkung mit einer oder mehrerer der genannten Methoden kann vorteilhafterweise standardisiert, einfach und kostengünstig umgesetzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Ortsbestimmung der Wirkung der ausgeübten Kraft auf die Bedienoberfläche durchgeführt wird. Eine beabsichtigterweise auf die Bedienoberfläche ausgeübte Kraft kann von einer unbeabsichtigterweise auf die Bedienoberfläche ausgeübten Kraft dadurch unterschieden werden, dass von der beabsichtigterweise auf die Bedienoberfläche ausgeübten Kraft angenommen werden kann, dass sie an Orten der Bedienoberfläche ausgeübt wird, welche durch ein graphisches Signal dem Bediener als Tastenelement erkennbar sind.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass mittels eines Kalibrierverfahrens jeder ausgeübten Kraft genau eine Hebelauslenkung zugeordnet wird. Da ein Übersetzungsverhältnis zwischen Auslenkung und Hebelauslenkung unter Umständen nicht konstant sein kann und ein Zusammenhang zwischen ausgeübter Kraft und Auslenkung unter Umständen nicht linear sein kann, kann es von Vorteil sein, einen Zusammenhang zwischen ausgeübter Kraft und Hebelauslenkung empirisch zu bestimmen.
  • Wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist, dass in Abhängigkeit der gemessenen Hebelauslenkung die Bedienoberfläche derart beschleunigt wird, dass einem Bediener eine Kraftrückmeldung gegeben wird, so verdeutlicht eine derartige Kraftrückmeldung dem Bediener vorteilhafterweise, dass dieser eine Kraft auf die Bedienoberfläche ausgeübt hat.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen prinzipmäßig dargestellt.
  • Es zeigt:
    • 1 eine Seitensicht einer Kraftmessvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
    • 2 eine Seitenansicht einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftmessvorrichtung;
    • 3 eine Seitensicht einer weiteren Kraftmessvorrichtung gemäß dem Stand der Technik; und
    • 4 eine Seitenansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftmessvorrichtung.
  • 1 zeigt prinzipmäßig eine Seitenansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Kraftmessvorrichtung 1. Eine Bedienoberfläche 2 ist auf einem Bediengrundkörper 3 angeordnet. Eine auf die Bedienoberfläche 2 ausgeübte Kraft 4 führt zu einer Auslenkung 5 eines Referenzbereichs 6 aus einer Ruhelage 7. Die Auslenkung 5 des Referenzbereiches 6 aus seiner Ruhelage 7 ist mittels einer Messeinrichtung 8 messbar. Die Auslenkung 5 ergibt sich hierbei aus einer durch die ausgeübte Kraft 4 bedingte elastische Verformung einer einerseits mit dem Bediengrundkörper 3 und damit mittelbar mit der Bedienoberfläche 2 und andererseits mit einem Basisbereich 9 verbundenen Feder 10. Mittels einer Umrechnungseinrichtung ist aus der gemessenen Auslenkung 5 die Kraft 4 bestimmbar.
  • 2 zeigt prinzipmäßig eine Seitenansicht einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftmessvorrichtung 1. Der Referenzbereich 6 ist in der vorliegenden Ausführungsform an einem Hebelelement 11 angeordnet, welcher seinerseits an der der Feder 10 angeordnet ist. Eine elastische Verformung der Feder 10 führt durch ein Zusammenspiel der Federgeometrie mit dem Hebelelement 11 zu einer im Vergleich zu der Auslenkung verstärkten Hebelauslenkung 12 des Referenzbereiches 6 aus seiner Ruhelage 7.
  • Während in der dargestellten Ausführungsform die Feder 10 eine Blattfeder 10a ist, welche eine Kröpfung 13 aufweist, wobei das Hebelelement 11 in einem Bereich der Kröpfung 13 angeordnet ist, kann auch vorgesehen sein, dass das Hebelelement 11 als ein an die Feder 10 angespritztes Kunststoffteil ausgebildet ist.
  • Fürderhin kann vorgesehen sein, dass die Feder 10 aus Stahl und/oder Kunststoff ausgebildet ist. Eine dementsprechende Machart des Hebelelements 11 kann dessen Fertigung vereinfachen.
  • Weiterhin zeigt die dargestellte Ausführungsform, dass das Hebelelement 11 an einem zu der Bedienoberfläche 2 parallelen Abschnitt 14 der Blattfeder 10 parallel zu der Bedienoberfläche 2 angeordnet ist.
  • Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform der Referenzbereich 6 zumindest teilweise aus einem Strom leitenden und/oder magnetischen Material ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Referenzbereich 6 als Metallplatte oder als Leiterspule und/oder als Dauermagnet oder Elektromagnet ausgebildet sein. Die Messeinrichtung 8 kann in diesem Fall vorteilhafterweise einen Dauermagneten und/oder eine Spule und/oder eine Metallplatte aufweisen.
  • Ebenfalls denkbar ist ein Licht reflektierend ausgebildet ausgeführter Referenzbereich 6, welcher eine optische Abstandmessung ermöglichen kann.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine geeignete Elektronikeinheit die Hebelauslenkung 12 mittels einer Federsteifigkeit und/oder eines geeigneten Kalibrierverfahrens in einen Wert der ausgeübten Kraft 4 umrechnet. Der dergestalt bestimmte Wert der Kraft 4 kann vorteilhafterweise für die Auslösung einer Kraftrückmeldung und/oder andere Funktionen genutzt werden.
  • Zudem sind in der vorliegenden Ausführungsform nicht dargestellte Dämpfungselemente zwischen dem Bediengrundkörper 3 und dem Basisbereich 9 beziehungsweise einem den Bediengrundkörper 3 umgebenden Bauraum angeordnet, um ungewollte Schwingungen des Bediengrundkörpers 3, beispielsweise induziert durch fahrtbedingte Vibrationen, zu vermindern. Die Dämpfungselemente können dabei aus einem elastomeren Material ausgebildet sein.
  • Ebenfalls nicht dargestellt, aber in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist eine mit dem Bediengrundkörper 3 verbundene Antriebseinheit bzw. Aktuator, welche dem Bediener eine Kraftrückmeldung übermitteln kann, indem sie den Bediengrundkörper 3 beschleunigt und/oder in Vibration versetzt. Zusätzlich kann eine derartige Antriebseinheit dazu eingerichtet sein, eine unerwünschte Eigenschwingung des Bediengrundkörpers 3 zu verhindern, indem einer unerwünschten Anregung zur Schwingung eine geeignet phasenverschobene Beschleunigung entgegengesetzt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinheit als Elektromagnet und/oder als Elektromotor ausgebildet ist.
  • Zur Übermittlung einer Kraftrückmeldung hat sich eine Translationsbewegung der Bedienoberfläche 2 von ungefähr 0,1 Millimetern als vorteilhaft herausgestellt.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Ortsbestimmung der Wirkung der Kraft 4 auf die Bedienoberfläche 2 durchgeführt wird. Es kann dabei weiterhin vorgesehen sein, dass nur wenn für eine ausgeübte Kraft 4 ein Wert größer als ein Schwellwert, vorzugsweise 1 Newton bis 4 Newton, ermittelt wurde und die ausgeübte Kraft 4 an dem Ort eines Tastenelementes wirkt, eine Kraftrückmeldung übermittelt wird. Hieraus ergibt sich ein weiterer Vorteil einer hohen Steifigkeit der Feder 10, da der Bediener eine unbeabsichtigterweise ausgeübte Kraft 4 nicht als durchgeführte Bedienung wahrnimmt.
  • In 4 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Hierbei ist anstelle einer gekröpften Blattfeder 10a eine Schraubenfeder 10b zwischen dem Bediengrundkörper 3 und dem Basisbereich 8 angeordnet. Das Hebelelement 11 ist dabei zwischen dem Bediengrundkörper 3 und der Schraubenfeder 16 angeordnet und auf einem Widerlager 15 abgestützt und der Referenzbereich 6 ist an einem der Schraubenfeder 10b abgewandten vorderen Bereich des Hebelelements 11 angeordnet. Eine Deformation der Schraubenfeder 10b führt dann zu einer im Vergleich zu der Auslenkung 5 der Bedienoberfläche 2 verstärkten Hebelauslenkung 12 des Referenzbereiches 6 aus seiner Ruhelage 7. Ein sich aus der in 4 dargestellten Ausführungsform ergebender Verstärkungsfaktor wird durch einen Abstand 16 zwischen dem Widerlager 15 und einem Auflagepunkt 17 des Bediengrundkörpers 3 auf dem Hebelelement 11 und einem Abstand 18 zwischen dem Auflagepunkt 17 und dem Referenzbereich 6 bestimmt. Das Verhältnis bzw. Übersetzungsverhältnis zwischen Auslenkung 5 und Hebelauslenkung 12 ist damit gleich dem Verhältnis des Abstandes 16 zu der Summe der Abstände 16 und 17. Hierdurch ist eine Verstärkung im erfindungsgemäßen Sinne eingerichtet, da jede Auslenkung 5 genau eine Hebelauslenkung 12 zu bewirken vermag und sich diese Hebelauslenkung 12 durch eine Multiplikation der Auslenkung 5 mit einem konstanten Faktor ergibt. Hierdurch ergeben sich für verschiedene ausgeübte Kräfte 4 für die korrespondierenden Hebelauslenkungen 12 größere Unterschiede als für die korrespondierenden Auslenkungen 5. Besonders vorteilhaft ist hierbei ein Übersetzungsverhältnis von der Auslenkung 5 zu der Hebelauslenkung 12 zwischen 2 und 5. Ein derartig gewähltes Übersetzungsverhältnis ermöglicht eine sichere und präzise Messung der Auslenkung bei gleichzeitig geringer Hebellänge, welche in unter Umständen vorhandenem Bauraum verhältnismäßig einfach realisiert werden kann.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Hebelelement 11 eine Länge von 10 mm bis 20 mm ausweist. Ein derart ausgebildetes Hebelelement 11 kann im Zusammenwirken mit einer geeigneten Feder 10 das angestrebte Übersetzungsverhältnis von 2 bis 5 erreichen. Außerdem können bei entsprechend stabiler Ausführung Eigenschwingungen des Hebelelements 11 verringert werden, wenn dieses eine geringe Länge hat.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn vorgesehen ist, dass eine allfällige Eigenschwingung des Hebelelements 11 durch die Messeinrichtung 8 nicht messbar ist. Dies kann durch eine hohe Eigenfrequenz der Eigenschwingung und durch ein entsprechend vermindertes zeitliches Auflösungsvermögen der Messeinrichtung 8 erreicht werden. Hierbei sollte das zeitliche Auflösungsvermögen zur Messung der Hebelauslenkung 12 geeignet sein.
  • Ebenfalls kann vorgesehen sein, eine Eigenschwingung des Hebelelements 11 durch eine Bearbeitung der Messdaten, beispielsweise durch eine Filterung, auszublenden. Beispielsweise kann ein zeitlicher Mittelwert der Hebelauslenkung 12 betrachtet werden, wobei ein Mittelungsfenster so gewählt sein kann, dass sich der zeitliche Mittelwert wenigstens annähernd vollständig aus der ausgeübten Kraft 4 ergibt.
  • Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn vorgesehen ist, dass die Feder 10 eine Federkonstante von 50 Newton pro Millimeter bis 100 Newton pro Millimeter aufweist. Eine Feder 10 mit einer Federkonstante von beispielsweise 50 Newton pro Millimeter führt bei einer ausgeübten Kraft 4 von beispielsweise 2,4 Newton zu einer Auslenkung 5 von 48 Mikrometern. Eine solche Auslenkung 5 gibt dem Bediengrundkörper 3 und der Bedienoberfläche 2 die angestrebte Steifigkeit. Ein vorteilhaftes, oben beschriebenes Übersetzungsverhältnis von beispielsweise 3 kann dann zu einer Hebelauslenkung 12 von 0,144 Millimetern führen, welche einfacher zu bestimmen sein kann als die Auslenkung 5, da die Hebelauslenkung 12 größer als die Auslenkung 5 ist.
  • Ein weiterer Vorteil der zu einer relativ steifen Feder 10 führenden Federkonstante von 50 Newton pro Millimeter, bzw. N/mm, bis 100 N/mm ist eine hieraus resultierende hohe Eigenfrequenz bei einer unerwünschten Schwingung des Bediengrundkörpers 3, welche unter Umständen für einen Bediener nicht mehr störend wahrnehmbar sein kann. Eine Feder 10 mit einer Federkonstante von beispielsweise 50 N/mm kann bei einer, beispielsweise durch den Bediengrundkörper 3 und die Bedienoberfläche 2 aufgebrachten, Belastung mit einer Masse von 0,5 Kilogramm eine Eigenfrequenz von ungefähr 50 Hertz aufweisen.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass das Hebelelement aus einem Material ausgebildet ist, welches nur geringfügig zu Eigenschwingungen neigt, wie die beispielsweise für manche Kunststoffe der Fall ist.

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zum Messen einer auf eine Bedienoberfläche (2) ausgeübten Kraft (4), mit einer Messeinrichtung (8) zum Messen einer Auslenkung eines Referenzbereiches (6) aus einer Ruhelage (7), wobei die Auslenkung sich aus einer durch die ausgeübte Kraft (4) bedingten elastischen Verformung einer einerseits zumindest mittelbar mit der Bedienoberfläche (2) und andererseits mit einem Basisbereich (9) verbundenen Feder (10) ergibt, und mit einer Umrechnungseinrichtung zum Bestimmen der auf die Bedienoberfläche (2) ausgeübten Kraft (4) aus der gemessenen Auslenkung, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzbereich (6) an einem Hebelelement (11) angeordnet ist, welches an der Feder (10) derart angeordnet ist, dass sich durch eine Auslenkung (5) der Bedienoberfläche (2) genau eine zu messende Hebelauslenkung (12) des Referenzbereiches (6) aus einer Ruhelage (7) ergibt, die verglichen mit der Auslenkung (5) der Bedienoberfläche (2) verstärkt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (10) eine Blattfeder (10a) ist, welche eine Kröpfung (13) aufweist, wobei das Hebelelement (11) in einem Bereich der Kröpfung (13) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (11) an einem zu der Bedienoberfläche (2) parallelen Abschnitt (14) der Feder (10) parallel zu der Bedienoberfläche (2) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzbereich (6) zumindest teilweise Licht reflektierend ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzbereich (6) zumindest teilweise aus einem Strom leitenden und/oder magnetischen Material ausgebildet ist.
  6. Verfahren zum Messen einer auf eine Bedienoberfläche (2) ausgeübten Kraft (4), wobei als eine Messgröße eine Auslenkung eines Referenzbereiches (6) aus einer Ruhelage (7) bestimmt wird, wobei die Auslenkung sich aus einer durch die ausgeübte Kraft (4) bedingten elastischen Verformung einer einerseits zumindest mittelbar mit der Bedienoberfläche (2) und andererseits mit einem Basisbereich (9) verbundenen Feder (10) ergibt, wobei die auf die Bedienoberfläche (2) ausgeübte Kraft (4) aus der gemessenen Auslenkung mittels einer Umrechnungseinrichtung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzbereich (6) an einem Hebelelement (11) angeordnet ist, welches derart an der Feder (10) angeordnet ist, dass durch eine elastische Verformung der Feder (10) als Messgröße eine Hebelauslenkung (11) des Referenzbereiches (6) aus einer Ruhelage (7) eingestellt wird, der bei einer Variation der ausgeübten Kraft (4) verglichen mit der Auslenkung (5) der Bedienoberfläche (2) verstärkt variiert, wobei die Hebelauslenkung (11) mittels einer Messeinrichtung (8) gemessen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelauslenkung (11) induktiv und/oder kapazitativ und/oder optisch bestimmt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ortsbestimmung der Wirkung der ausgeübten Kraft (4) auf die Bedienoberfläche (2) durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Kalibrierverfahrens jeder ausgeübten Kraft (4) genau eine Hebelauslenkung (11) zugeordnet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der gemessenen Hebelauslenkung (11) die Bedienoberfläche (2) derart beschleunigt wird, dass einem Bediener eine Kraftrückmeldung gegeben wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20110297859A1 (en) 2009-02-20 2011-12-08 B.B.I. Szellemi Tulajdonjog-Hasznosito Es Vagyonkezelo Korlatoit Felelossegu Tarsasag Pushbutton mechanism for multi-measure controlling a feeder valve
DE102017223731A1 (de) 2017-12-22 2019-06-27 Continental Automotive Gmbh Elektrooptischer Touchscreen mit integrierter Drucksensierung
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