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Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät mit einem Bedienteil, das beweglich, bevorzugt schwingungsfähig, gegenüber einem Träger gelagert ist, um beispielsweise mittels eines Aktors in Bewegung, wie Schwingung, zur Erzeugung eines aktiven haptischen Feedbacks versetzt werden zu können und/oder um durch eine einer Betätigung folgenden Verlagerung des Bedienteils eine Eingabe vorzunehmen, wie eine Schaltzustandsänderung auszulösen oder eine Steuerfunktion vorzunehmen. 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. Oft wird dabei eine Minimalbewegung des Bedienteils angestrebt, beispielsweise beträgt der Hub aus der Ruhestellung des unbetätigten Bedienteils in die maximal ausgelenkte Stellung des betätigten Bedienteils weniger als 1 mm, teilweise lediglich einige Zehntel Millimeter. Insbesondere bei dieser Minimalauslenkung aber auch im Allgemeinen stellt dies die Lagerung des Bedienteils vor Schwierigkeiten, da jeder Gleitkontakt zwischen Träger und Bedienteil zu einer unerwünschten Hysterese führt, beispielsweise hervorgerufen durch den Übergang von Haftreibung zu Gleitreibung. Die Hysterese führt dazu, dass das Verhalten des Bedienteils bei Betätigung als unpräzise wahrgenommen wird. Es ist daher eine Lagerung des Bedienteils erforderlich, die zwar den für das aktive Feedback und/oder die Betätigung notwendigen Bewegungsfreiheitsgrad bereitstellt, wobei gleichzeitig aber möglichst auf im Gleitkontakt stehende Komponenten verzichtet werden kann. Dies stellt insbesondere eine Herausforderung dar, wenn das Bedienteil möglichst kippfrei gelagert werden soll, weil es beispielsweise in einer Blende aufgenommen ist. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich somit mit der möglichst gleitkontaktfreien „schwimmenden“ und rückstellenden Lagerung des Bedienteils.
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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, so dass eine Hysterese insbesondere wegen einer Gleitberührung während der Betätigung vermieden werden kann. 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 auf, Das Bedienteil weist eine Berühr- oder Berührfläche auf. Der Einfachheit halber wird dieser nachfolgend als Berührfläche bezeichnet, da eine Berührung dieser Fläche Minimalvoraussetzung für die Betätigung des Bedienteils ist. Das Bedienteil ist beispielsweise aber nicht zwingend mit einer berührempfindlichen Berührfläche versehen, weil also Mittel zur Detektion der Berührung der Berührfläche, insbesondere Mittel zur ortsaufgelösten Detektion der Berührung, vorgesehen sind. Bevorzugt beträgt das Flächenmaß der Berührfläche mehr als 10 cm2 bevorzugter mehr als 25 cm2. Das Bedienteil kann ein Touchpad oder Touchscreen sein. Begriff „Touchpad“ im Sinne der Erfindung ist weit auszulegen und betrifft jegliches berührempfindliches Bedienteil bei dem ortsauflösend eine Berührung der Berührfläche detektiert wird. Bevorzugt ist ein Touchpad vorgesehen, um beispielsweise entsprechend einem Berührungsverlauf eine Eingabe, beispielsweise die Steuerung eines Cursors auf einem Display, zu bewirken. Ferner kann das Touchpad Teil einer Kombination aus Anzeige- und berührempfindlicher Berührfläche („touchscreen“) sein oder eine displaylose, also rein berührempfindliche Berührfläche definieren. Die Berührkoordinaten bzw. deren Verläufe werden beispielsweise kapazitiv, resistiv oder optisch ermittelt.
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Das erfindungsgemäße Eingabegerät weist ferner einen Träger auf, an dem das Bedienteil beweglich gelagert ist. Der Träger dient beispielsweise der Festlegung des Eingabegeräts an einer Fahrzeugstruktur, wie einem Armaturenbrett oder Dergleichen. 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 bewegliche Lagerung ist vorgesehen, entweder eine detektierbare Betätigung des Bedienteils also eine Verlagerung des Bedienteils bei Einwirken einer Betätigungskraft auf die Berührfläche zu ermöglichen oder die Erzeugung eines aktiven haptischen Feedbacks zu ermöglichen oder beides zu ermöglichen. Bevorzugt beträgt das Maß dieser maximal möglichen Verlagerung in Auslenkrichtung, auch Hub genannt, lediglich 1 mm oder weniger
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Bevorzugt ist die Auslenkrichtung im Wesentlichen orthogonal zur Berührfläche.
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Bevorzugt ist ferner ein Aktor zur Erzeugung eines aktiven haptischen Feedbacks vorgesehen, der ausgebildet ist, bei dessen Beaufschlagung mit einem elektrischen Ansteuersignal eine Bewegungsanregung des Bedienteils in Auslenkrichtung und damit ein aktives haptisches Feedback (=Rückmeldung) für den Bediener zu erzeugen. Bevorzugt handelt es sich um einen elektromagnetischen oder piezoelektrischen 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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Um ferner eine detektierbare Betätigung zu ermöglichen ist gemäß einer Ausgestaltung ein Mittel zur Betätigungsdetektion vorgesehen, beispielsweise ist in einer einfachen Ausgestaltung ein Schaltelement vorgesehen, dessen SchaltstelJung durch mechanische Einwirkung des Bedienteils in der ausgelenkten Stellung wechselt. In einer anderen Ausgestaltung ist ein zwischen Bedienteil und Träger angeordneter Kraftsensor vorgesehen, welcher vorgesehen ist, die bei der Betätigung auf die Berührfläche des Bedienteils wirkende Betätigungskraft zu detektieren, um bei Überschreiten einer vorgegebenen Betätigungskraft die Änderung eines Schaltzustands zu triggern oder Dergleichen. Der Kraftsensor ist beispielsweise ein mittels piezoelektrischem, kapazitivem oder induktivem Messprinzip detektierender Kraftsensor sein. Zur Detektion einer auf die Berührfläche wirkenden Betätigungskraft, also einer Relativbewegung zwischen Bedienteil und Träger ist bevorzugt ein kapazitiver Kraftsensor vorgesehen. Beispielsweise wird bei Überschreiten einer vorgegebenen Betätigungskraft ein haptisches, durch den Aktor erzeugtes Feedback ausgelöst. Der Kraftsensor ist beispielsweise ausgebildet, die Verlagerung des Bedienteils in Auslenkrichtung aufgrund einer auf die Berührfläche durch den Bediener aufgebrachten Betätigungskraft anhand der Variation einer Messkapazität zu detektieren. Beispielsweise wird die Messkapazität unter anderem durch eine der Blattfederelemente als eine die Messkapazität erzeugende Elektrode und durch eine weitere am Träger festgelegte Gegenelektrode hervorgerufen, weil diese Elektroden mit einem entsprechenden elektrischen Potenzial beaufschlagt werden.
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Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zur beweglichen Lagerung des Bedienteils mindestens drei Blattfederelemente. Diese sind bevorzugt aus Federstahl, noch bevorzugter als Stanzteil aus einem Federstahlblech, ausgebildet. Bevorzugt sind sämtliche Blattfederelemente gleichförmig ausgestaltet. Diese weisen erfindungsgemäß jeweils mindestens einen elastisch nachgebenden, sich zwischen dem Träger und dem Bedienteil erstreckenden Federabschnitt auf. Der Federabschnitt ist durch eine besonders große Biegeelastizität in Auslenkrichtung charakterisiert. Bevorzugt zeichnet er sich dadurch aus, dass der Federstahl im Bereich des Federabschnitt offen liegt. Beispielsweise sind die endständigen Enden des Blattfederelements einerseits am Träger und andererseits am Bedienteil jeweils durch kraftschlüssige Verbindung festgelegt. Die Gesamtlänge der Federabschnitte pro Blattfederelemente ist erfindungsgemäß im Wesentlichen gleich. Bei mehreren Federabschnitten pro Blattfederelemente addieren sich deren Längen jeweils auf eine Gesamtlänge, die für alle Blattfederelemente im Wesentlichen gleich ist. Erfindungsgemäß sind die Blattfederabschnitte zueinander parallel versetzt angeordnet. Beispielsweise sind sie angeordnet, dass sich die Anordnung des einen Blattfederabschnitts durch Parallelverschiebung des jeweils anderen Blattfederabschnitts in einer zur Auslenkrichtung parallelen Richtung und/oder einer dazu senkrechten Richtung ergibt. Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei Blattfederelemente durch einen die betreffenden Blattfederelemente jeweils formschlüssig aufnehmenden Verbindungssteg verbunden, um die Torsion der zugehörigen Federabschnitte beispielsweise um eine sich zwischen Träger und Bedienteil, d.h. in Längsrichtung des Blattfederabschnitts erstreckende gedachte Achse (Längsachse) zu minimieren, wodurch letztlich somit ein Verkippen des Bedienteils um eine zur Auslenkrichtung senkrechte gedachte Achse minimiert oder gar unterdrückt wird. Somit kann auf einen sonstigen Gleitkontakt, beispielsweise einen mit dem eingangs beschriebenen Reibproblem konfrontierten Führungseingriff zwischen Eingabeteil und Träger verzichtet werden. Dadurch wird verhindert, dass die Betätigung und/ oder das aktive haptische Feedback mit dem Problem der Hysterese konfrontiert wird. Da ansonsten beispielsweise die Ruhestellung nach Betätigung oder nach Erzeugung des aktiven haptischen Feedbacks sich nicht zuverlässig einstellt, sorgt die erfindungsgemäße Lösung für eine verbesserte Rückstellung nach der Feedbackerzeugung als auch aufgrund der in optischer und haptischer Hinsicht zu betrachtenden Verbesserung für ein positiveres Bedienerlebnis.
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Bevorzugt wird der Verbindungssteg durch Umspritzen der Blattfederelemente mit einem Thermoplast ausgebildet. Erfindungsgemäß ist das Blattfederelement in seinem Verlauf zwischen dem Träger und dem Bedienteil von dem Thermoplast des Verbindungsstegs umschlossen, um so zwei Federabschnitte am Blattfederelement auszubilden, einen ersten Federabschnitt zwischen dem Träger und dem Verbindungssteg und einen zweiten Federabschnitt zwischen dem Verbindungssteg und dem Bedienteil.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens ein erstes Paar aus Blattfederelementen vorgesehen, deren Federabschnitte in der Ruhestellung des Betätigungsteils in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei die Ebene durch eine zur Auslenkrichtung Orthogonale aufgespannt ist und die zugehörigen Federabschnitte durch den Verbindungssteg verbunden sind. Erfindungsgemäß steht die Auslenkrichtung senkrecht auf dieser Ebene
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Bevorzugt ist ferner ein zweites Paar aus Blattfederelementen, also beispielsweise insgesamt vier Blattfederelemente, vorgesehen, wobei die Blattfederelemente dieses zweiten Paares Federabschnitte aufweisen, die in einer zweiten Ebene liegen, die parallel in Auslenkrichtung versetzt zur ersten Ebene angeordnet ist und die Federabschnitte durch einen weiteren Verbindungssteg verbunden sind.
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Zur zusätzlichen Versteifung sind die Verbindungsstege drehfest miteinander verbunden oder sind einstückig ausgebildet, beispielsweise durch Umspritzen aller Blattfederelemente der ersten und zweiten Ebene in einem gemeinsamen Umspritzvorgang.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bildet wenigstens ein Blattfederelement ein freies Ende aus, das am Träger abgestützt ist, um zusätzliche eine Rückstellung des Bedienteils in die Ruhestellung zu bewirken.
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Bevorzugt ist wenigsten ein Befestigungsteil am Blattfederelemente durch Umspritzen mit einem Thermoplast festgelegt. Dies wird beispielsweise durch Umspritzen des gesamten Blattfederelements in einem formgebenden Spritzgussverfahren erreicht, wobei sowohl der Verbindungssteg als auch der oder die Befestigungsteile ausgebildet werden. Beispielsweise ist pro Blattfederelement jeweils ein trägerseitiges, bevorzugt endständig am Blattfederelement festgelegtes, Befestigungsteil zur Festlegung am Träger und ein bedienteilseitiges, bevorzugt ebenfalls endständiges, Befestigungsteil zur Festlegung am Bedienteil vorgesehen. Bevorzugt ist wenigstens ein Befestigungsteil vorgesehen, das durch eine Nut-Feder Verbindung am Träger oder am Bedienteil drehfest festgelegt ist. Bevorzugt ist die Nut-Feder-Verbindung so ausgebildet, dass eine Spielfreistellung der Verbindung dadurch erreicht wird, dass wenigstens ein Partner der Verbindung keilförmig ausgebildet ist und ein Auflaufen bei der Verbindungsherstellung oder bei mit zunehmendem Eingriff der Partner erreicht wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Bedienteil mit Ausnahme der aus funktionell notwendigen Gründen zwingend notwendigen Verbindungen zum Träger, wie die elastisch nachgebenden Lagerung durch die Blattfederelemente, die elastisch Abstützung über den Kraftsensor und die Verbindung über den Aktor, keine sonstige Verbindungen zum Träger, wie Führungen oder gelenkige Verbindungen aufweist, somit freischwimmend am Träger festgelegt ist.
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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 der Mittel zur beweglichen Lagerung des Bedienteils 2, insbesondere der zugehörigen Blattfederelemente 4a, 4b aus 1.
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1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 1. Es weist ein Bedienteil 2 auf, welches eine Berührfläche 10 definiert. Die Berührfläche 10 ist einem Bediener B zugewandt, damit dieser durch händische Betätigung also Niederdrücken des Bedienteils 2 und somit betätigungsbewirkte Verlagerung des Bedienteils 2 Eingaben mittels des Eingabegeräts 1 vornehmen kann. Dies ermöglichend ist das Bedienteil 2 ist in einer Auslenkrichtung S 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 4a, 4b erreicht, wobei in der Schnittdarstellung der 1 nur zwei sichtbar sind. Das Bedienteil 2 stützt sich über die Blattfederelemente 4a, 4b an dem Träger 3 ab. Die Blattfederelemente 4a, 4b sind jeweils aus gestanztem Federstahlblech ausgebildet. Die Auslenkrichtung S ist dabei im Wesentlichen orthogonal zu der durch die Berührfläche 10 definierten Ebene. Als abstützende Lagerung wird verstanden, dass die Blattfederelemente 4a, 4b bei der bestimmungsgemäßen Handhabung des Eingabegeräts 1 gar nicht oder allenfalls geringfügig auf Zug beansprucht werden. Die elastisch rückstellende Lagerung durch die Blattfederelemente 4a, 4b in Auslenkrichtung S ist vorgesehen, um einerseits eine detektierbare Betätigung zu ermöglichen aber andererseits auch eine Bewegungsanregung durch einen elektromagnetischen Aktor 16, der in 2 ersichtlich ist, zur haptischen Rückmeldung an den Bediener B zu erzeugen. Zur Detektion der Betätigung ist ein Kraftsensor 13 vorgesehen, der zwischen dem Träger 3 und dem Bedienteil 2 angeordnet ist und der Stellungsdetektion dient. Zur Anschlagsbegrenzung sind elastische Anschlagselemente 15 vorgesehen.
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Die Blattfederelemente 4a, 4b sind als ebene Bleche ausgebildet und in zwei Ebenen angeordnet. In einer oberen, dem Bediener B näheren Ebene sind zwei obere Blattfederelemente 4a vorgesehen, die jeweils zwei Federabschnitte 6a und 7a mit gleicher Gesamtlänge aufweisen. Deren Federabschnitte 6a und 7a verlaufen in einer zur Auslenkrichtung S orthogonalen Richtung parallel versetzt zueinander. Zwischen den beiden oberen Federabschnitten 6a und 7s ist ein oberer Verbindungssteg 5a ausgebildet, welcher durch Umspritzen mit einem Thermoplast die oberen Blattfederelemente 4a formschlüssig aufnimmt und diese torsionshindernd wechselseitig versteift. An den Enden der oberen Blattfederelemente 4a sind trägerseitige, obere Befestigungsteile 8a und bedienteilseitige, obere Befestigungsteile 9a vorgesehen, welche durch Umspritzen der oberen Blattfederelemente 4a mit einem Thermoplast an diesen festgelegt sind. Die trägerseitigen oberen Befestigungsteile 8a dienen der Festlegung der oberen Blattfederelemente 4a an dem Träger 3, wohingegen die bedienteilseitigen, oberen Befestigungsteile 9a der Festlegung am Bedienteil 2 dienen. Die trägerteilseitigen, oberen Befestigungsteile 8a weisen keilförmige Federn 14a auf, die in trägerseitige, nicht dargestellte Nuten eingreifen, um eine spielfreistellende Festlegung am Träger 3 zu bewirken
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In einer unteren, dem Bediener B ferneren, in Auslenkrichtung S parallel zur oberen Ebene versetzt liegenden Ebene sind zwei untere Blattfederelemente 4b vorgesehen, die ebenfalls jeweils zwei Federabschnitte 6b und 7b mit gleicher Gesamtlänge aufweisen. Deren Federabschnitte 6b und 7b verlaufen in einer zur Auslenkrichtung S orthogonalen Richtung parallel versetzt zueinander. Zwischen den beiden unteren Federabschnitten 6b und 7b ist ein unterer Verbindungssteg 5b ausgebildet, welcher durch Umspritzen mit einem Thermoplast die unteren Blattfederelemente 4b formschlüssig aufnimmt und diese torsionshindernd wechselseitig versteift. An den Enden der unteren Blattfederelemente 4b sind trägerseitige, untere Befestigungsteile 8b und bedienteilseitige, untere Befestigungsteile 9b vorgesehen, welche durch Umspritzen der unteren Blattfederelemente 4b mit einem Thermoplast an diesen festgelegt sind. Die trägerseitigen, unteren Befestigungsteile 8b dienen der Festlegung der unteren Blattfederelemente 4b an dem Träger 3, wohingegen die bedienteilseitigen, unteren Befestigungsteile 9b der Festlegung am Bedienteil 2 dienen. Die trägerteilseitigen, unteren Befestigungsteile 8b weisen keilförmige Federn 14b auf, die in trägerseitige, nicht dargestellte Nuten eingreifen, um eine spielfreistellende Festlegung am Träger 3 zu bewirken. Während alle anderen Befestigungsteile (8a, 8b, 9a) endständig an den Blattfederelementen 4a 4b ausgebildet sind, durchgreifen die unteren Blattfederelemente 4b die bedienteilseitigen, unteren Befestigungsteile 9b und überragen diese jeweils mit einem freistehenden Ende 11, welches sich an einem am Träger 3 ausgebildeten Vorsprung 12 abstützt, um so mit dem freien Ende 11 die durch die Federabschnitte 6a, 6b, 7a, 7b bewirkte Rückstellung zu unterstützen.
