DE102020112249B4

DE102020112249B4 - Bedienelement mit Festkörpergelenk

Info

Publication number: DE102020112249B4
Application number: DE102020112249.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kramlich
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2040-05-07
Also published as: DE102020112249A1

Abstract

Bedienelement (1), aufweisend:einen Fuß (3) zur Festlegung des Bedienelements (1) an einer Fahrzeugkomponente (11);ein eine Betätigungsfläche (9) definierendes Betätigungsteil (2), das als mindestens ein freitragender Hebelarm (I) ausgebildet ist, der jeweils einseitig mittels eines Festkörpergelenks (4) am Fuß (3) gelagert ist, um ein einer senkrecht auf die Betätigungsfläche (9) einwirkenden Betätigungskraft (F) folgendes Verschwenken des Betätigungsteils (2) um eine gedachte Schwenkachse (S) entgegen einer Rückstellkraft relativ zum Fuß (3) zu ermöglichen;Mittel (6), um ein Verschwenkmaß zwischen Betätigungsteil (2) und Fuß (3) zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dassferner ein Aktuator (5) zur Erzeugung eines aktiven haptischen Feedbacks ausschließlich am Betätigungsteil (2) festgelegt ist und dass die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel (6) ausgebildet sind, eine Annäherung zwischen dem Fuß (3) und dem Betätigungsteil (2) kapazitiv, optisch und/oder induktiv zu detektieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement mit Festkörpergelenk. Bedienelemente mit Fuß und an dem Fuß beweglich gelagerten Betätigungsteil weisen in der Regel eine die bewegliche Lagerung realisierende Getriebemechanik aus relativ zueinander beweglichen Komponenten auf, wie beispielsweise ein Zahnradgetriebe oder ein Hebelgetriebe auf. Diese Getriebemechaniken weisen den Nachteil auf, dass diese meist spielbehaftet sind, so dass sich meist und insbesondere in Kombination mit einer Betätigungskraftdetektion ein Hystereseverhalten ergibt und zusätzlich die Übertragung mit Geräuschen verbunden ist. Dies ist insbesondere ungünstig, wenn eine Minimalbetätigung ausreichen soll, einen Schalt- oder Steuervorgang durch die Betätigung auszulösen oder wenn ein aktives haptisches Feedback, beispielsweise zur Bestätigung der vorgenommenen Bedieneingabe vorgesehen ist. Bei letzterem verursacht das Spiel eine ungewünschte Geräuschentstehung.
Ein Bedienelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist jeweils aus der DE 10 2017 002 041 A1 , DE 103 07 536 A1 sowie der US 2018 / 0 334 107 A1 bekannt. Gattungsgemäße Bedienelemente sind ferner aus der DE 10 2005 014 111 A1 und der DE 10 2008 024 849 A1 bekannt.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bedienelement mit Fuß und am Fuß verschwenkbar gelagertem Betätigungsteil bereitzustellen, das möglichst spielfrei und geräuscharm ist und in Kombination mit einer Betätigungskraftdetektion keine Hysterese zeigt und insbesondere vergleichsweise leise während der Vornahme einer Betätigung als Bedieneingabe durch einen Bediener und bei der Erzeugung eines haptischen Feedbacks ist. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement des Anspruchs 1 gelöst. Eine entsprechend vorteilhafte Anordnung sowie eine Verwendung sind jeweils Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche. 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.
Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, welches einen Fuß zur Festlegung des Bedienelements an einer Fahrzeugkomponente, wie an einem Armaturenbrett, an einer Verkleidung einer Fahrgastzelle oder insbesondere an einem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs dient. Das erfindungsgemäße Bedienelement weist ferner ein eine Betätigungsfläche definierendes Betätigungsteil auf, das als mindestens ein freitragender Hebelarm ausgebildet ist. Der freitragende Hebelarm ist jeweils einseitig mittels eines Festkörpergelenks am Fuß gelagert, um bei Einwirken einer senkrecht auf die Betätigungsfläche einwirkenden Betätigungskraft ein Verschwenken des Betätigungsteils um eine gedachte Schwenkachse entgegen einer Rückstellkraft relativ zum Fuß zu ermöglichen. Erfindungsgemäß sind ferner Mittel vorgesehen, um ein Verschwenkmaß zwischen Betätigungsteil und Fuß zu detektieren. Als Festkörpergelenk bezeichnet man allgemein einen Bereich eines Bauteils, welcher ein Verschwenken zwischen zwei Starrkörperbereichen durch Biegung erlaubt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ausschließlich das Festkörpergelenk die Rückstellkraft bewirkt. Beispielsweise ist das Festkörpergelenk lediglich durch eine einstückige Verbindung zwischen dem Fuß und dem Betätigungsteil ausgebildet. In einer anderen Ausgestaltung ist das Festkörpergelenk nur durch ein metallisches Federelement zwischen Fuß und Betätigungsteil ausgebildet. In noch einer anderen Ausgestaltung ist das Festkörpergelenk durch eine Kombination aus einer einstückigen Verbindung und einem metallischen Federelement ausgebildet. Beispielsweise ist das metallische Federelement in die einstückige Verbindung eingebettet. Dies wird beispielsweise durch Umspritzen des metallischen Federelements mit dem den Fuß und das Betätigungsteil ausbildenden Thermoplast in einem formgebenden Spritzverfahren erreicht.
Durch das Festkörpergelenk wird eine spielfreie und damit klapperfreie Lagerung des Betätigungsteils am Fuß erreicht. Beispielsweise werden Fuß und Betätigungsteil aus einem Thermoplast, wie Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) ausgebildet. Das erfindungsgemäße Bedienelement eignet sich insbesondere für solche Ausgestaltungen, bei denen das maximale Verschwenkmaß um die gedachte Schwenkachse aus der unbetätigten Ruhestellung in die betätigte maximale Schwenkstellung weniger als 10°, bevorzugt weniger als 5° beträgt.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Aktuator zur Erzeugung eines aktiven haptischen Feedbacks vorgesehen, der ausschließlich am Betätigungsteil festgelegt ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Aktuator um einen auf Trägheit beruhenden, motorbasierten Aktuator, wie einen Motor auf dessen rotierender Antriebswelle eine bezüglich ihres Schwerpunkts exzentrisch montierte Masse festgelegt ist oder um einen Magnetspulen-Aktuator oder um einen piezoelektrischen Aktuator oder um einen linearen Breitbandaktuator, wie einen Tauchspulenaktuator (englische Bezeichnung; Voice-Coil-Actuator) oder um einen linearen Resonanzaktuator. Bevorzugt ist der Aktuator durch kraft- oder stoffschlüssige Verbindung ausschließlich am Betätigungsteil festgelegt, beispielsweise durch Verschrauben oder Verkleben. Durch die ausschließliche Festlegung am Betätigungsteil wird eine Körperschalleinkopplung in die Fahrzeugkomponente, wie das Lenkrad, minimiert oder gar unterbunden.
Erfindungsgemäß sind die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel ausgebildet, eine Relativbewegung, bevorzugt eine Annäherung, zwischen dem Fuß und dem Betätigungsteil kapazitiv, optisch und/oder induktiv zu detektieren. Aufgrund der durch das Festkörpergelenk realisierten spielfreien Lagerung des Betätigungsteils in Zusammenwirken mit den berührungslosen, das Verschwenkmaß detektierenden Mittel ergibt sich eine hysteresearme bis hystereselose Betätigungskraftdetektion.
Bevorzugt wird die Betätigungsfläche durch einen transparenten oder transluzenten Bereich des Betätigungsteils ausgebildet. Dieser ist beispielsweise vorgesehen, die Sicht auf ein hinter der Betätigungsfläche liegenden Bereich freizugeben. Beispielsweise ist es bei einer Anordnung des Bedienelements an einem Lenkradkranz notwendig, dass in allen Stellungen des Lenkrades eine freie Sicht des Fahrers auf das dahinterliegende Armaturenbrett ermöglicht ist. Durch einen transluzenten bis transparenten Bereich des Betätigungsteils wird die Sicht lediglich minimal eingeschränkt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der transparente oder transluzente Bereich so angeordnet ist, dass er mindestens die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel überragt, noch bevorzugter überragt der transparente Bereich sämtliche elektronischen Komponenten, wie die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel sowie die nachfolgend erwähnten Mittel zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche. Beispielsweise sind die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel im Bereich des Fußes des Bedienelements angeordnet, wobei vom Bediener aus betrachtet der Fuß am Rand der Betätigungsfläche angeordnet ist.
Bevorzugt ist die Betätigungsfläche in einem von dem Hebelarm ausgebildeten Rahmen aufgenommen.
Bevorzugt sind Mittel zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche vorgesehen. Diese sind bevorzugt im Bereich der Schwenkachse, beispielsweise von einem Bediener aus betrachtet, über der Schwenkachse angeordnet.
Bevorzugt ist zwischen dem Fuß und dem Betätigungsteil ein Luftspalt ausgebildet, in dem die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel angeordnet sind. Der Luftspalt definiert im unbetätigten Zustand des Betätigungsteils einen lichten Abstand zwischen dem Fuß und dem Betätigungsteil, der im Bereich von 0,5 mm bis 10 mmm liegt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung aus einem Lenkrad mit einem durch wenigstens eine Lenkradspeiche getragenen Lenkradkranz und aus einem Bedienelement in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wobei der Fuß drehfest am Lenkradkranz festgelegt ist. Bevorzugt ist die Betätigungsfläche dabei zwischen dem Lenkradkranz und dem Pralltopf bzw. der Drehachse des Lenkrades angeordnet.
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 erfindungsgemäße Ausführungsform eines Bedienelements 1;
2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Anordnung 10.

1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedienelements 1. Dieses weist einen Fuß 3 zur Festlegung des Bedienelements 1 an einer Fahrzeugkomponente, wie an einem Armaturenbrett, an einer Verkleidung einer Fahrgastzelle oder insbesondere an einem Lenkradkranz 11 eines Kraftfahrzeuglenkrads auf. Das erfindungsgemäße Bedienelement 1 weist ferner ein eine Betätigungsfläche 9 definierendes Betätigungsteil 2 auf, das als mindestens ein freitragender Hebelarm ausgebildet ist. Der freitragende Hebelarm I ist jeweils einseitig mittels eines Festkörpergelenks 4 am Fuß 3 gelagert, um bei Einwirken einer senkrecht auf die Betätigungsfläche 9 einwirkenden Betätigungskraft F ein Verschwenken des Betätigungsteils 2 um eine gedachte Schwenkachse 3 entgegen einer Rückstellkraft relativ zum Fuß 3 zu ermöglichen. Die Rückstellkraft ergibt sich beispielsweise aus der Verformung des Festkörpergelenks 4.
Erfindungsgemäß sind ferner Mittel 6 vorgesehen, um ein Verschwenkmaß zwischen Betätigungsteil 2 und Fuß 3 zu detektieren. Das Festkörpergelenk 4 ist lediglich durch eine einstückige Verbindung zwischen dem Fuß 3 und dem Betätigungsteil 3 ausgebildet. In einer anderen nicht dargestellten Ausgestaltung ist das Festkörpergelenk 4 nur durch ein metallisches Federelement zwischen Fuß 3 und Betätigungsteil 2 ausgebildet. In noch einer anderen nicht dargestellten Ausgestaltung ist das Festkörpergelenk 4 durch eine Kombination aus einer einstückigen Verbindung und einem metallischen Federelement ausgebildet.
Unabhängig davon, ob es eine oder mehrere Komponenten aufweist, sorgt das Festkörpergelenk 4 für eine spielfreie und damit klapperfreie Lagerung des Betätigungsteils 2 am Fuß 3. Das erfindungsgemäße Bedienelement 1 eignet sich insbesondere für solche Ausgestaltungen bei denen das maximale Verschwenkmaß um die gedachte Schwenkachse S aus der in 1 gezeigten unbetätigten Ruhestellung in eine maximal mögliche, betätigte Schwenkstellung weniger als 10°, bevorzugt weniger als 5° beträgt.
Erfindungsgemäß ist ferner ein durch eine nicht dargestellte Ansteuerelektronik mit einem elektrischen Ansteuersignal beaufschlagbarer Aktuator 5 zur Erzeugung eines aktiven haptischen Feedbacks, auch haptisch wahrnehmbare Ausgabe genannt, vorgesehen, wobei der Aktuator 5 bevorzugt ausschließlich am Betätigungsteil 2 festgelegt ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Aktuator 5 um einen auf Trägheit beruhenden, motorbasierten Aktuator, wie einen Motor auf dessen rotierender Antriebswelle eine bezüglich ihres Schwerpunkts exzentrisch montierte Masse festgelegt ist oder einen Magnetspulen-Aktuator oder einen piezoelektrischen Aktuator oder einen linearen Breitbandaktuator, wie einen Tauchspulenaktuator (englische Bezeichnung; Voice-Coil-Actuator) oder einen linearen Resonanzaktuator. Bevorzugt ist der Aktuator 5 durch kraft- oder stoffschlüssige Verbindung am Betätigungsteil 2 festgelegt, beispielsweise durch Verschrauben oder Verkleben. Durch die ausschließliche Festlegung am Betätigungsteil 2 wird eine Körperschalleinkopplung in den Lenkradkranz 11 und damit in die Fahrzeugkomponente unterbunden oder zumindest minimiert.
Die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel 6 sind ausgebildet, eine Relativbewegung, bevorzugt eine Annäherung, zwischen dem Fuß 3 und dem Betätigungsteil 2 kapazitiv, optisch und/oder induktiv zu detektieren. Aufgrund der durch das Festkörpergelenk 4 realisierten spielfreien Lagerung des Betätigungsteils 2 in Zusammenwirken mit den das Verschwenkmaß, bevorzugt berührungslos, detektierenden Mittel 6 ergibt sich eine hysteresearme bis hystereselose Detektion der Betätigungskraft, die beispielsweise vorgesehen ist, eine Schalt- oder Steuerfunktion oder zumindest die Ausgabe einer optischen, akustischen oder einer haptisch wahrnehmbaren Ausgabe zu triggern.
Die Betätigungsfläche 9 wird durch einen transparenten oder transluzenten Bereich des Betätigungsteils 2 ausgebildet, um die ungehinderte Sicht des Bedieners B auf das hinter dem Lenkrad liegende, nicht dargestellte Armaturenbrett, bzw. die dort regelmäßig angeordneten Anzeigen zu gewährleisten. Der transparente oder transluzente Bereich des Betätigungsteils 2 ist so angeordnet, dass er die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel 6 sowie sämtliche elektronischen Komponenten, wie die Mittel 12 zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche 9. Die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel 6 sind im Bereich des Fußes 3 des Bedienelements 1 angeordnet, wobei vom Bediener aus betrachtet der Fuß 3 am Rand der Betätigungsfläche 9 angeordnet ist. Die Mittel 12 zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche 9 sind im Bereich der Schwenkachse S, nämlich von dem Bediener aus betrachtet über der Schwenkachse S angeordnet. Die Betätigungsfläche 9 ist in einem von dem Hebelarm 1 ausgebildeten Rahmen 15 aufgenommen.
Zwischen dem Fuß 3 und dem Betätigungsteil 2 ist ein Luftspalt 7 ausgebildet, in dem die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel 6 angeordnet sind. Der Luftspalt 7 definiert im unbetätigten Zustand des Betätigungsteils 2 einen lichten Abstand zwischen dem Fuß 3 und dem Betätigungsteil 2, der im Bereich von 0,5 mm bis 10 mmm liegt.
Die Erfindung betrifft ferner, wie in 2 gezeigt, eine Anordnung 10 aus einem Lenkrad mit einem durch wenigstens eine Lenkradspeiche 14 an einem Pralltopf 13 abgestützten Lenkradkranz 11 und aus einem Bedienelement 1, wie es in 1 gezeigt ist. Dabei ist der Fuß des Bedienelements 1 drehfest am Lenkradkranz 11 festgelegt und die Betätigungsfläche 9 ist dem Fahrer als Bediener zugewandt, wobei sie zwischen dem Pralltopf 13 und dem Lenkradkranz 11 angeordnet ist.

Claims

Bedienelement (1), aufweisend: einen Fuß (3) zur Festlegung des Bedienelements (1) an einer Fahrzeugkomponente (11); ein eine Betätigungsfläche (9) definierendes Betätigungsteil (2), das als mindestens ein freitragender Hebelarm (I) ausgebildet ist, der jeweils einseitig mittels eines Festkörpergelenks (4) am Fuß (3) gelagert ist, um ein einer senkrecht auf die Betätigungsfläche (9) einwirkenden Betätigungskraft (F) folgendes Verschwenken des Betätigungsteils (2) um eine gedachte Schwenkachse (S) entgegen einer Rückstellkraft relativ zum Fuß (3) zu ermöglichen; Mittel (6), um ein Verschwenkmaß zwischen Betätigungsteil (2) und Fuß (3) zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Aktuator (5) zur Erzeugung eines aktiven haptischen Feedbacks ausschließlich am Betätigungsteil (2) festgelegt ist und dass die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel (6) ausgebildet sind, eine Annäherung zwischen dem Fuß (3) und dem Betätigungsteil (2) kapazitiv, optisch und/oder induktiv zu detektieren.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungsfläche (9) durch einen transparenten oder transluzenten Bereich (8) des Betätigungsteils (2) ausgebildet ist.
Bedienelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der transparente oder transluzente Bereich so angeordnet ist, dass er mindestens die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel (6) überragt.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungsfläche (8) in einem von dem Hebelarm (I) ausgebildeten Rahmen (15) aufgenommen ist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Mittel (12) zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche (9) vorgesehen sind, die im Bereich der Schwenkachse (S) angeordnet ist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Festkörpergelenk (4) durch ein metallisches Federelement und/oder durch eine einstückige Verbindung zwischen dem Fuß (3) und dem Betätigungsteil (2) ausgebildet ist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Fuß (3) und dem Betätigungsteil (2) ein Luftspalt (7) ausgebildet ist, in dem die das Verschwenkmaß detektierenden Mittel (6) angeordnet sind.
Anordnung (10) aus einem Lenkrad mit einem durch wenigstens eine Lenkradspeiche (14) getragenen Lenkradkranz (11) und einem Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fuß (3) drehfest am Lenkradkranz (11) festgelegt ist.
Verwendung des Bedienelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 in einem Kraftfahrzeug.