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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Steuerelement und ein System umfassend ein entsprechendes Steuerelement zum Steuern einer Funktion, insbesondere einer Funktion eines Kraftfahrzeugelements, auf einer kapazitiven Oberfläche, insbesondere einem Touchscreen.
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Steuerelemente zum Steuern von Funktionen in Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Steuern elektrischer Fahrzeugkomponenten, beispielsweise einer Klimaanlage, sind allgemein bekannt. Üblicherweise umfassen diese Steuerelemente mechanische Drehregler, die über Sensoren die Winkelposition des Drehreglers und damit den Nutzerbefehl ermitteln. Eine Verarbeitungseinheit veranlasst entsprechend dem Nutzerbefehl eine Änderung der vorherrschenden Einstellung einer Fahrzeugkomponente, beispielsweise eine Anpassung der Temperatur im Fahrzeug.
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Touchscreens haben den Vorteil, dass Bereiche des Touchscreens durch Programmierung mit Funktionen belegt werden können. So können bei unterschiedlichen Modellen oder Ausführungen beispielsweise gleiche Teile verbaut werden, dennoch können unterschiedliche Funktionen oder Darstellung en der Funktionen auf dem Bildschirm realisiert werden.
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Touchscreens haben jedoch den Nachteil, dass die zumeist eine glatte ebene Oberfläche haben, sodass ein Nutzer die hinterlegten Funktionen lediglich sehen jedoch nicht haptisch wahrnehmen kann. Insbesondere bei Touchscreens in einem Fahrzeuginnenraum ist es daher vorteilhaft, auf dem Touchscreen Bedienelemente anzuordnen, die der Nutzer haptisch wahrnehmen kann, damit er seinen Blick auch während der Steuerung von Fahrzeugfunktionen weiterhin auf die Verkehrssituation richten kann.
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Dafür sind im Stand der Technik auf einem Touchscreen angeordnete, haptisch wahrnehmbare Drehregler bekannt, die ein auf dem Touchscreen schleifendes Element aufweisen. Die Winkelposition des Elements des Drehreglers wird dabei von dem Touchscreen erfasst. Die Drehregler stehen gegenüber der glatten Touchscreen-Oberfläche hervor und sind haptisch wahrnehmbar.
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Eine derartige Ausführung hat jedoch den Nachteil, dass der Schleifkontakt zwischen dem Element und dem Touchscreen den Touchscreen und/oder das Element abnutzt und beschädigt. Dies hat sowohl Folgen, die ästhetisch unerwünscht sind, beispielsweise unerwünschte Kratzer oder Furchen in der Touchscreen-Oberfläche. Zudem kann eine Abnutzung dazu führen, dass die elektrischen Ladungen nicht mehr sicher durch das elektrisch leitfähige Element auf den Touchscreen übertragen werden und/oder durch den Touchscreen nicht mehr fehlerfrei und sicher erkannt werden. Ein weiterer Nachteil können unerwünschte, durch die Reibung auftretende Geräusche sein. Ein noch weiterer Nachteil könnte sein, dass unerwünschte, unterschiedliche Einstellungen kurz aktiviert werden können, wenn das Element während des Drehens des Drehreglers Kontakt mit einem entsprechenden Bereich des Touchscreens hat.
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Der vorliegenden Anmeldung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Problematik zumindest teilweise zu überwinden. Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruches 1 und des Anspruches 10. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Steuerelement ist geeignet zum Steuern einer Funktion auf einer kapazitiven Oberfläche, insbesondere eines Touchscreens und ist dazu auf dieser kapazitiven Oberfläche anordnenbar.
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Das Steuerelement umfasst eine Trägerstruktur. Die Trägerstruktur kann auf der kapazitiven Oberfläche, beispielsweise einem Touchscreen, unbeweglich befestigt werden.
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Ferner umfasst das Steuerelement ein Drehelement. Das Drehelement kann an der Trägerstruktur angeordnet sein. Das Drehelement ist gegenüber der Trägerstruktur oder zumindest einem Teil der Trägerstruktur um eine Rotationsachse drehbar, insbesondere kann das Drehelement drehbar an der Trägerstruktur gelagert sein. Vorzugsweise entspricht die Rotationsachse der Längsachse des Drehelements.
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Das Drehelement weist zumindest einen elektrisch leitfähigen Bereich auf. Vorzugsweise weist das Drehelement an seiner äußeren Oberfläche, die während der Anwendung des Steuerelements von einem Nutzer berührt wird, ein elektrisch leitfähiges Material auf. Das Drehelement kann vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen oder lediglich teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Das Drehelement kann beispielsweise kreisförmig, insbesondere ringförmig, und/oder zylinderförmig sein, insbesondere in Form eines Hohlzylinders, Kegelstumpfes oder Hohlkegelstumpfes ausgebildet sein. Die Rotationsachse des Drehelements läuft typischerweise durch den Mittelpunkt der kreisförmigen Grundfläche. Auch an seiner inneren Oberfläche weist das Drehelement, zumindest bereichsweise, vorzugsweise ein elektrisch leitfähiges Material auf.
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An der Trägerstruktur ist zumindest ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement angeordnet. Das Kontaktelement weist typischerweise einen Kontaktbereich auf. Der Kontaktbereich ist zumindest bereichsweise an einer Unterseite des Steuerelements angeordnet. Der Kontaktbereich kann an einer Unterseite der Trägerstruktur anliegen oder über diese hinausragen. Der Kontaktbereich ist typischerweise derart gestaltet und angeordnet, dass er bei Anordnung des Steuerelements auf einer kapazitiven Oberfläche zumindest teilweise die kapazitiven Oberfläche berührend angeordnet ist. Berührend angeordnet heißt insbesondere, dass es keine Luftspalte gibt zwischen dem Kontaktbereich und der kapazitiven Oberfläche. Der Kontaktbereich kann unmittelbar in Kontakt mit der kapazitiven Oberfläche angeordnet werden oder mittelbar, beispielsweise über ein elektrisch leitfähiges Klebemittel. Das elektrisch leitfähige Element kann beispielsweise als Zeigerstift, in Form eines Streifens oder einer Folie ausgebildet sein, das an der Trägerstruktur anliegt. Der Kontaktbereich kann dabei beispielsweise das untere Ende des Streifens darstellen, der über die Unterseite der Trägerstruktur hinausragen kann. Das Kontaktelement kann teilweise in mit der Form des Kontaktelements korrespondierenden Ausformungen in der Trägerstruktur eingebettet sein. Das Kontaktelement kann in Längsrichtung parallel zur Rotationsachse angeordnet sein. Der Kontaktbereich erstreckt sich vorzugsweise zumindest bereichsweise in etwa rechtwinklig zur Längsachse.
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Vorzugsweise umfasst das Steuerelement eine Kontaktelementzusammenstellung umfassend eine Vielzahl von Kontaktelementen, die voneinander beabstandet angeordnet sind. Eine Vielzahl von Kontaktelementen kann eine Auswahl mehrerer, insbesondere sich voneinander unterscheidenden, Funktionen auf der kapazitativen Oberfläche ermöglichen. Die Kontaktelemente sind vorzugsweise voneinander elektrisch isoliert, insbesondere durch die Trägerstruktur. Ein Abstand zwischen den Kontaktelementen kann vorzugsweise eine kapazitive Kupplung zwischen den Kontaktelementen verhindern.
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Eine Innenseite des Kontaktelements, bzw. der Kontaktelementzusammenstellung, ist vorzugsweise gewölbt ausgestaltet, vorzugsweise derart, dass es zumindest bereichsweise flach an der Trägerstruktur, insbesondere an einer äußeren Oberfläche der Trägerstruktur, anliegt. Das Kontaktelement, bzw. die Kontaktelementzusammenstellung ist vorzugsweise an die Trägerstruktur geklebt. Die Trägerstruktur kann auch durch Hinterspritzen mit dem Kontaktelement, bzw. der Kontaktelementzusammenstellung verbunden sein.
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Ein Kontaktelement kann ein elektrisch leitfähiges Material, insbesondere Kupfer, Aluminium, Stahl und/oder elektrisch leitfähiges Gummi umfassen. Ein Kontaktelement kann eine elektrisch leitfähige Tinte und/oder eine elektrisch leitfähige Folie und/oder einen elektrisch leitfähigen Film umfassen.
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In einer vorbestimmten Winkelstellung des Drehelements kann ein elektrisch leitfähiger Bereich des Drehelements mit einem Kontaktelement in Kontakt sein. Das Kontaktelement verbindet dann typischerweise ein Teilbereich der kapazitiven Oberfläche mit dem elektrisch leitfähigen Bereich des Drehelements. So kann eine mit diesem Teilbereich der kapazitativen Oberfläche korrespondierende Funktion von einem Nutzer gewählt werden.
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Typischerweise hat das Drehelement einen Außendurchmesser zwischen 10 mm und 100 mm. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser zwischen 20 mm und 80 mm. Beispielsweise ist der Außendurchmesser 50 mm. Bei einem Außendurchmesser von 50 mm kann der Innendurchmesser beispielsweise 30 mm sein. Das Drehelement hat typsicherweise eine Höhe zwischen 5 mm und 20 mm. Beispielsweise ist die Höhe 10 mm.
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Insbesondere ist eine Vielzahl von Kontaktelementen, bevorzugt zumindest 10 Kontaktelemente, besonders bevorzugt zumindest 24 Kontaktelemente, voneinander beabstandet an der Trägerstruktur angeordnet. Je mehr Kontaktelemente vorgesehen sind, desto mehr Funktionen können gewählt werden oder desto genauer kann eine Funktion eingestellt werden. Die Kontaktelemente sind typischerweise rotationssymmetrisch um die Rotationsachse angeordnet. Die Kontaktelemente können insbesondere in einem Abstand von zumindest 1°, vorzugsweise zumindest 5°, und in einem Abstand von höchstens 40°, vorzugsweise höchstens 15°, angeordnet sein. Der elektrisch leitfähige Bereich des Drehelements kann durch Drehen des Drehelements in einer Rotationsposition, also in einer Winkelstellung, mit einem der Kontaktelemente in Kontakt sein. Ein eingestellter Winkelbereich des Drehelements kann damit eine Position auf der kapazitiven Oberfläche ansteuern. Die angesteuerte Position kann dabei der Position des Kontaktbereichs des angesteuerten Kontaktelements entsprechen. Der angesteuerte Bereich auf der kapazitiven Oberfläche kann mit einer Funktion belegt sein, beispielsweise einer Temperatureinstellung einer Klimaanlage. Das Einstellen einer Rotationsposition des Drehelements kann somit eine Funktion auf einer kapazitiven Oberfläche ansteuern.
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Das Drehelement ist entlang der Rotationsachse gegenüber der Trägerstruktur bewegbar. Beispielsweise ist das Drehelement zwischen zwei Positionen in axialer Richtung verschiebbar. Das Drehelement kann dabei insbesondere derart bewegbar bzw. verschiebbar sein, dass das Drehelement in einer ersten axialen Position beabstandet zur kapazitiven Oberfläche angeordnet ist und in einer zweiten Position zumindest bereichsweise die kapazitive Oberfläche, auf der es angeordnet ist, berührt.
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Eine Berührung des Drehelements sowie Verschiebung des Drehelements von der ersten in die zweite Position kann zur Folge haben, dass zeitgleich zwei Positionen auf der kapazitiven Oberfläche angesteuert werden, wobei eine Position durch den mittels der Rotationsposition des Drehelements gewählten Kontaktbereich angesteuert ist und eine Position durch die Berührung zwischen der kapazitiven Oberfläche und dem Drehelement angesteuert ist. Derart kann beispielsweise eine Bestätigungsfunktion realisiert werden. Der Nutzer kann durch Drehen am Drehelement eine Funktion aus einer Vielzahl von angebotenen Funktionen wählen, wobei eine Funktion jeweils einem Kontaktlement entsprechen kann. Durch Verschieben des Drehelements von der ersten in die zweite Position, beispielsweise durch Drücken des Drehelements in Richtung der kapazitiven Oberfläche, kann der Nutzer eine Auswahl bestätigen. Die Funktion kann derart programmiert sein, dass eine Einstellung erst umgesetzt wird, wenn die Einstellung des Drehelements bestätigt wird. So kann versehentliches Verstellen von Einstellungen durch versehentliches Verdrehen des Drehelements vermieden oder das Risiko zumindest verringert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Drehung des Drehelements lediglich in der ersten axialen Position möglich ist und in der zweiten axialen Position eine Drehung des Drehelements blockiert ist. So kann eine Reibung zwischen dem Drehelement und der kapazitiven Oberfläche vermindert werden. Ferner kann eine versehentliche Verstellung der ausgewählten Position während der Nutzerbestätigung vermieden werden.
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Das Drehelement kann entlang der Rotationsachse um zumindest 0,5 mm und höchstens 3 mm, vorzugsweise zumindest 1 mm und höchstens 2 mm, besonders bevorzugt um 1.5 mm bewegbar sein.
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Das Drehelement kann an einer äußeren Oberfläche eine glatte Oberfläche aufweisen. Zur Verbesserung der Haptik und/oder der besseren Greifbarkeit des Steuerelements kann die äußere Oberfläche eine Antirutschoberfläche und/oder -beschichtung aufweisen, beispielsweise in Form einer aufgerauten und/oder strukturierten Oberfläche und/oder eingekerbten Oberfläche.
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Zur Verbesserung der Bedienung, kann das Steuerelement zumindest eine, vorzugsweise in axialer Richtung angeordnete, Feder umfassen, die zwischen der Trägerstruktur und dem Drehelement angeordnet ist.
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Das Drehelement kann von der Feder in der ersten Position gehalten werden. Durch Drücken des Drehelements in axialer Richtung, insbesondere in Richtung der kapazitiven Fläche, kann das Drehelement in die zweite Position verbracht werden. Dabei kann die Feder zusammengedrückt werden. Beim Loslassen des Drehelements kann die Feder sich wieder ausdehnen und bewegt das Drehelement typischerweise wieder in die erste axiale Position. In einer Ausführungsform weist das Steuerelement zumindest drei, vorzugsweise zumindest vier Federn auf. Die Federn sind typischerweise Schraubenfedern, können jedoch auch als Blattfedern, Torsionsfedern, Druckfedern, oder eines anderen Federtyps ausgebildet sein. Auch ist eine Kombination verschiedener Federtypen denkbar. Die Federn sind typischerweise derart angeordnet, dass ein Vektor der Federkraft parallel zur Rotationsachse des Drehelements verläuft. Die Federn sind vorzugsweise rotationssymmetrisch um die Rotationsachse angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuerelement ein vertikal angeordnetes push-push Element umfassen.
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Die Trägerstruktur kann beispielsweise ringförmig oder hohlzylinderförmig sein. Eine hohle bzw. ringförmige Ausbildung hat den Vorteil, dass im Zentrum des Steuerelements die kapazitive Oberfläche für einen Nutzer sichtbar ist. Im Zentrum kann beispielsweise eine Funktion oder Information optisch wiedergegeben sein.
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Das Steuerelement kann eine oder mehrere optische Linse aufweisen. Die optische Linse kann beispielsweise im Zentrum der Trägerstruktur angeordnet sein. Die Linse kann dabei konzentrisch zur Trägerstruktur angeordnet sein. Die Anordnung mehrerer Linsen kann eine ästhetische Wirkung haben, beispielsweise in dem der optische Effekt mehrerer Schichten entsteht. Ferner kann ein Zoom-Effekt erzielt werden.
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Das Drehelement kann einen Innenring mit einer nach innen ragenden Kontaktnase aufweisen. Der Innenring und die in Richtung des Kontaktelements bzw. in Richtung der Kontaktelementzusammenstellung, ragende Kontaktnase umfassen ein elektrisch leitfähiges Material oder bestehen aus diesem. Wenn das Drehelement nicht aus elektrisch leitfähiges Material besteht, können elektrisch leitfähige Bereiche des Innenrings derart angeordnet sein, dass sie einen äußeren, vom Nutzer berührbaren Bereich des Drehelements berühren. Die Kontaktnase kann zum leitfähigen Verbinden des leitfähigen Bereichs des Drehelements mit einem der Kontaktelemente dienen. Der Innenring ist vorzugsweise so gestaltet, dass nur ein Bereich, beispielsweise die Kontaktnase, elektrischen Kontakt mit dem Kontaktelement herstellen kann und, dass durch das Drehen des Drehelements, der Innenring mit unterschiedlichen Kontaktelementen der Kontaktelementzusammenstellung elektrisch in Kontakt ist. Der Innenring kann dabei fest mit anderen Teilen des Drehelements verbunden sein, beispielsweise durch Kleben, Löten, Schweißen und/oder einen Formschluss und/oder Reibschluss.
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Die Trägerstruktur kann aus einem nicht kapazitiven, vorzugsweise elektrisch isolierenden, Material gefertigt sein oder dieses zumindest umfassen. Vorzugsweise kann die Trägerstruktur ein Kunststoff, beispielsweise PP, PC, oder ABS umfassen.
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Das Drehelement kann elektrisch leitfähiges Material umfassen und/oder elektrisch nicht leitendes, isolierendes Material umfassen. Das Drehelement kann zum Beispiel Aluminium, Stahl, rostfreier Stahl, Kupfer, elektrisch leitfähiger Gummi, PP, PC und/oder ABS umfassen. Sollte das Drehelement an einer äußeren, für einen Nutzer zugänglichen Oberfläche elektrisch isolierendes Material umfassen, so kann es vorteilhaft sein, wenn ein minimaler Abstand zwischen der zugänglichen Fläche, also der vom Benutzer zum Steuern zu berührenden Fläche, und den funktionellen elektrisch leitfähigen Bereichen, beispielsweise dem Innenring und der Unterseite des Drehelements, die in einer axialen Position die kapazitive Oberfläche berührt, höchstens 2mm, bevorzugt höchsten 1,8 mm, besonders bevorzugt höchstens 1,5 mm beträgt. Dieser minimale Abstand kann minimal 0,1 mm, bevorzugt minimal 0,2 mm, besonders bevorzugt minimal 0,3 mm betragen.
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Das Steuerelement kann ein Feedbackelement zum Zurückgeben eines haptischen Feedbacks an den Nutzer beim Drehen des Drehelements aufweisen. Das Feedbackelement kann insbesondere als Ring ausgebildet sein. Der Ring kann elastische Vorsprünge aufweisen, die in Abhängigkeit der Rotationsposition des Drehelements zurückgedrängt werden. Der Ring kann Einkerbungen umfassen, in die eine Rastnase des Drehelements beim Drehen einrastet und beim Weiterdrehen entsprechend weiterrutscht. Das Feedbackelement kann eine Ratsche sein. Das Feedbackelement kann Zähne aufweisen, in die elastische Vorsprünge des Drehelements eingreifen können oder umgekehrt. Die Position der Vorsprünge, Einkerbungen und/oder Zähne kann korrespondierend mit den Kontaktelementen angeordnet sein. So kann der Nutzer beim Drehen des Drehelements ein haptisches Feedback zum haptischen Erkennen der Funktionsposition erhalten. In einer alternativen Ausführung kann das Drehelement auch rotatorisch gleiten und stufenlos einstellbar sein.
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Die vorliegende Anmeldung umfasst ferner ein System zum Steuern einer Funktion auf einer kapazitiven Oberfläche. Das System umfasst eine kapazitive Oberfläche, insbesondere ein Touchscreen, und ein Steuerelement gemäß obiger Ausführungen. Der Kontaktbereich des zumindest einen Kontaktelements ist zumindest bereichsweise an der kapazitiven Oberfläche berührend angeordnet. Der Kontaktbereich kann zumindest bereichsweise mit vorzugsweise einem elektrisch leitfähigen Kleber, mit der kapazitiven Oberfläche verklebt sein.
Das Drehelement kann eine erste und eine zweite Position annehmen. In einer ersten Position entlang der Rotationsachse kann das Drehelement von der kapazitiven Oberfläche beabstandet sein. In einer zweiten Position entlang der Rotationsachse kann das Drehelement zumindest bereichsweise mit der kapazitiven Oberfläche in Kontakt sein. In Kontakt sein heißt hier, dass ein elektrisch leitfähiger Teil des Drehelements, üblicherweise die Unterseite, den kapazitiven Oberfläche berührt.
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Das Steuerelement kann ausgebildet sein, ein haptisches Feedback zu geben. Beispielsweise kann ein Kontakt eines elektrisch leitfähigen Bereichs des Drehelements mit der kapazitiven Oberfläche, also ein Verbringen des Drehelements in die zweite Position, bestätigt werden, indem der Nutzer ein haptisches Feedback erhält. Dies kann beispielsweise ein kurzes Vibrieren des Steuerelements sein. Dafür kann das System beispielsweise einen Vibrationsaktuator umfassen. Der Vibrationsaktuator kann ermöglichen, die kapazitive Oberfläche als Reaktion auf das Erfassen eines Kontakts oder einer Bewegung eines Fingers auf dem Touchscreen zu vibrieren. Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass ein Vibrationsaktuator am Steuerelement angeordnet ist und dieses vibrieren lässt.
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Die kapazitive Oberfläche, beispielsweise in Form eines Touchscreens, kann Glass oder einen transparenten Kunststoff aufweisen. Das Steuerelement ist typischerweise auf der Oberseite der kapazitiven Oberfläche angeordnet. Die kapazitive Oberfläche umfasst üblicherweise elektronische Komponenten. Die elektronischen Komponenten der kapazitiven Oberfläche, insbesondere des Touchscreens, sind typischerweise unterhalb der Oberseite, auf der dem Steuerelement abgewandten Seite, angeordnet.
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Das System kann mehrere Steuerelemente umfassen.
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Das Steuerelement kann auf die kapazitive Oberfläche geklebt sein. Insbesondere kann die Trägerstruktur bereichsweise mit der kapazitiven Oberfläche verklebt sein.
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Weitere Merkmale und Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Ausführungsbeispielbeschreibung, welche nicht begrenzende Beispiele enthält, die unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine Explosionszeichnung eines Steuerelements,
- 2 eine dreidimensionale Ansicht eines Systems umfassend das Steuerelement der 1 und eine kapazitive Oberfläche,
- 3 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch das System gemäß 2,
- 4 ein Steuerelement gemäß 1 in zusammengebautem Zustand in einer dreidimensionalen Ansicht von schräg unten,
- 5a zeigt eine schematische Darstellung der kapazitiven Oberfläche gemäß 4 mit den in der ersten Position kapazitiv angesprochenen Bereichen,
- 5b zeigt eine schematische Darstellung der kapazitiven Oberfläche gemäß 4 mit den in der zweiten Position kapazitiv angesprochenen Bereichen.
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In den nachfolgenden Figuren werden wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Steuerelement 1 in einer dreidimensionalen Explosionsansicht. Das Steuerelement 1 umfasst eine Trägerstruktur 10 in der Form eines Hohlzylinders. An einer Außenseite der Trägerstruktur 10 sind rechteckige Ausnehmungen 101 vorgesehen, die voneinander beabstandet, rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse R angeordnet sind. Die Trägerstruktur 10 weist an ihrer Oberseite einen umlaufenden, radial nach außen kragenden Vorsprung 102 auf. Ferner weist die Trägerstruktur 10 und ihrer Unterseite vier radial nach außen ragende Vorsprünge 103 auf.
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Eine Vielzahl von Kontaktelementen 20, im gezeigten Beispiel dreißig Kontaktelemente 20, sind rotationssymmetrisch um die Rotationsachse R angeordnet. Die Kontaktelemente20 weisen zueinander einen Abstand von 12° auf wobei der elektrisch isolierende Abstand zwischen den benachbarten Seiten von zwei Kontaktelementen ungefähr 4° ist. Die Kontaktelemente20 sind jeweils plättchenförmig und korrespondieren in Größe und Form mit den Ausnehmungen 101 der Trägerstruktur 10. Jedes der Kontaktelemente20 ist in einer Ausnehmung 101 der Trägerstruktur 10 angeordnet und mit dieser verklebt. Die Kontaktelemente20 umfassen Kupfer. Jedes der Kontaktelemente20 weist an seinem unteren Ende einen Kontaktbereich 202 auf, der in etwa 90° gegenüber einem oberen Bereich 201 abgewinkelt ist und sich radial in Richtung der Rotationsachse R erstreckt. Der Kontaktbereich 202 ist Teil einer Unterseite des Steuerelements 1.
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Das Steuerelement weist ferner ein Drehelement 30 auf. Das Drehelement 30 ist ringförmig und weist eine gegenüber der Rotationsachse (R) um etwa 45 ° angewinkelte äußere Greiffläche 301 auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die äußere Greiffläche parallel zur Rotationsachse verlaufen oder einen anderen Winkel aufweisen. Ein Innendurchmesser des Drehelements 30 ist größer als ein Außendurchmesser der Trägerstruktur 10. Das Drehelement umfasst an seiner Oberseite einen nach innen ragenden Vorsprung 302. Dieser ist im zusammengebauten Zustand des Steuerelements 1 gegenüber des Vorsprungs 102 angeordnet und weist in Richtung der Rotationsachse R. Im zusammengebauten Zustand ist ein Spalt zwischen den Vorsprüngen 102 und 302, sodass das Drehelement 30 gegenüber der Struktur 10 verdreht werden kann. Das Drehelement weist eine innere Nut 303 auf, in die ein Innenring 40 eingesetzt ist. Der Innenring 40 ist zum Einsetzen in die Nut 303 ähnlich einem herkömmlichen Sicherungsring vorzugsweise elastisch zusammendrückbar. Der Innenring 40 weist eine nach innen ragende Kontaktnase 401 auf. Der Innenring 40 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer. In zusammengebautem Zustand des Steuerelements 1 kann die Kontaktnase 401 durch Drehen des Drehelements 30 mit den Kontaktelementen 20 in Kontakt gebracht werden.
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Das Steuerelement 1 weist ferner einen Ring 50 auf. Dieser ist mittels Clips 501 mit dem Drehelement 30 verbunden. Das Drehelement 30 weist dafür eine weitere Nut 304 auf, in die elastische Vorsprünge der Clips 501 eingreifen können. Der Ring 50 weist ferner Ausnehmungen 502 auf, in die die Vorsprünge 103 im zusammengebauten Zustand des Steuerelements eingreifen. Somit sind ist der Ring gegenüber der Trägerstruktur 10 rotatorisch fixiert. Es kann jedoch gegenüber der Trägerstruktur 10 entlang der Rotationsachse R zusammen mit dem Drehelement 30 verschoben werden. Der Ring 50 ist im vorliegenden Beispiel aus Kunststoff, insbesondere umfasst er PP.
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Das Steuerelement umfasst ferner einen Befestigungsring 60, der mit der Trägerstruktur 10 verschraubt ist oder auf andere Weise an der Trägerstruktur fixiert ist. Der Befestigungsring 60 umfasst ebenfalls einen Kunststoff, vorzugsweise PP. Der Befestigungsring 60 umfasst Aussparungen 601, durch die im zusammengebauten Zustand des Steuerelements 1 die Kontaktelemente20 hindurch ragen. So kann der Befestigungsring auf einer kapazitiven Oberfläche angeordnet und mit dieser verklebt sein. Dennoch kann ein Kontakt zwischen der kapazitiven Oberfläche und den Kontaktelementen 20 gewährleistet werden.
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Vier Spiralfedern 70 sind an ihrem unteren Ende auf je einem parallel zur Rotationsachse aus dem Befestigungsring 60 nach oben ragenden Stift 602 aufgesteckt. Der Ring 50 weist vier Federaufnahmen 503 auf, in die die Federn 70 an ihrem oberen Ende hineinragen und dort befestigt werden. Durch Zusammendrücken der Federn 70 kann das Drehelement 30, verbunden mit dem Innenring 40 und dem Befestigungsring 50 nach unten bewegt werden. Ist das Steuerelement 1, wie in 2 und 3 gezeigt, auf einer kapazitiven Oberfläche 8 angeordnet, so kann das Drehelement 30 aus einer ersten Position - in der die Federn 70 im wesentlichen entspannt sind oder zumindest entspannter als in der zweiten Position sind - in eine zweite Position bewegt werden, in der die Federn 70 komprimiert sind und eine Unterseite 305 des Drehelements mit der kapazitiven Oberfläche 8 in Kontakt kommt, insbesondere auf dieser aufliegt.
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2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Systems umfassend das Steuerelement 1 der 1 und eine kapazitive Oberfläche 8. Das Steuerelement 1 ist zusammengebaut. Der Befestigungsring ist mit einem Klebestoff auf der kapazitiven Oberfläche 8 befestigt. Der Kontaktbereich der Kontaktelemente20 liegt auf der kapazitiven Oberfläche 8 an. Die kapazitive Oberfläche 8 ist ein Touchscreen mit einer Oberseite aus Glas.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch das System gemäß 2. Das Drehelement befindet sich in der ersten, zur kapazitiven Oberfläche 8 beabstandeten Position. Die Kontaktnase 401 des Innenrings berührt ein Kontaktelement 20, sodass die kapazitive Oberfläche über Kontaktbereich 202 elektrische Signale wahrnimmt, wie in 5a dargestellt. Der kapazitiv angesprochene Bereich 202' der kapazitiven Oberfläche ist in 5a dargestellt. Befindet sich das Drehelement in der zweiten Position, werden elektrische Signale zusätzlich über die Unterseite 305 des Drehelements 30 an die kapazitive Oberfläche 8 übertragen, sodass diese Signale neben dem Bereich 202' auch im Bereich 305' übertragen werden, siehe 5b.
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4 zeigt das Steuerelement gemäß 1 in zusammengebautem Zustand in einer dreidimensionalen Ansicht von schräg unten.
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Der Zusammenbau des Steuerelements 1 erfolgt typischerweise entsprechend der folgenden Schritte. Die Kontaktelemente20 werden auf die Trägerstruktur 10 geklebt oder hinterspritzt. Der Innenring 40 wird in das Drehelement 30 geklemmt. Das Drehelement 30 mit eingesetztem Innenring 40 wird auf den Ring 50 geschoben, bis die Clips 501 in die Nut 304 einrasten. Die Baugruppe II, umfassend das Drehelement 30, den Innenring 40 und den Ring 50 wird in die Baugruppe I, umfassend die Trägerstruktur 10 und die Kontaktelemente20 eingeschoben. Der Befestigungsring 60 wird mit der Trägerstruktur 103 verschraubt.
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Wenn das Steuerelement zusammengebaut ist, wird das Steuerelement wie oben durch Kleben und/oder Schrauben auf der Oberseite, insbesondere auf einem oberen Glas eines kapazitiven Touch-Displays befestigt.
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Die Kontaktelemente20 stehen direkt mit dem Touchscreen-Glas in Kontakt, ohne dass ein Klebeelement dazwischen liegt. Das Drehelement 30 mit dem darin fixierten Innenring 40 kann gegenüber dem Ring 50 verdreht werden. Das Drehelement 30, der Innenring 40 sowie der Ring 50 können entlang der Rotationsachse um bis zu 2 mm verschoben werden. Die Feder 70 ermöglicht es der Baugruppe II in die erste Position (die Standardposition) zurückzukehren, nachdem wenn die Baugruppe II in die zweite Position verbracht wurde.
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Die kapazitive Oberfläche 8 kann als Touchdisplay umfassend eine Touchfolie und ein diese abdeckendes Displayglas.
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Durch Auflegen eines Fingers auf das Drehelement 30, wird die Fingerkapazität auf den Innenring 40 übertragen, der mit einem der Kontaktelemente 20 in Kontakt steht. Das Kontaktelement 20 überträgt die Kapazität auf das Displayglas und eine kapazitive Folie des Touchdisplays. Dabei werden die Berührung und die Position der Kontaktnase 401 des Innenrings erkannt.
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Durch Drehen des Drehelements 30 dreht sich das Teil 40 ebenfalls und kontaktiert beispielsweise alle 12° ein neues Kontaktelement 20.
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Der Innenring 40 kann so beschaffen sein, dass er, wenn er zwischen zwei Kontaktelementen 20 platziert wird, mit beiden in Kontakt kommt. Dies kann einen fließenden Übergang der Dreherkennung gewährleisten.
Durch Druck auf das Drehelement 30 gleitet die Baugruppe II in z-Richtung und das Drehelement 30 kommt mit dem Displayglas 8 in Kontakt. Die unter dem Displayglas angeordnete Touchfolie erkennt dann einen Kreis und einen Punkt bzw. Bereich in Form des Kontaktbereichs 202. Dies kann dann als ein Validierungsklick des kapazitiven Systems interpretiert werden.
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Um dem Benutzer eine physische Rückmeldung zu geben und die Präzision in der Drehfunktion zu erhöhen, verfügt das Steuerelement 1 über eine Klickfunktion, die der Benutzer hören und fühlen kann. Dafür umfasst das Drehelement 30 einen inneren Zahnring 306, dessen Zähne beim Drehen des Drehrings über einen am Ring 50 angeordneten flexiblen Vorsprung gedreht werden, sodass ein haptisches Feedback entsteht. Der Zahnring 306 kann auch als Wellenmuster ausgebildet sein. Der flexible Vorsprung kann aus Kunststoff- und/oder Metall sein. Der flexible Vorsprung drückt entlang eines wellenförmigen oder zahnförmigen Musters auf den Zahnring 306 des Drehelements 30. Im gezeigten Beispiel ist der Vorsprung Teil des Rings 50 und das Wellenmuster ist Teil des Drehelements 30. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung auch umgekehrt vorgesehen sein. Die Klickfunktion kann horizontal - wie im Beispiel gezeigt - oder vertikal erfolgen. Das Wellenmuster bzw. der Zahnring 306 ist so gestaltet, dass alle 5 Grad der Drehung ein Klicken erfolgt.
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Das Drehelement 30 kann ein nichtelektrisches Material umfassen oder aus diesem bestehen. Wenn die berührbare Außenfläche 301 aus einem nichtelektrischen Material besteht, beträgt eine Materialstärke im Bereich des Innenrings 40 vorzugsweise höchstens 1,5mm. So kann eine Kapazität des Moduls gewährleistet werden. Ist das Drehelement aus oder umfasst elektrisch leitendes Material kann dieser Bereich eine höhere Materialstärke aufweisen.
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Die Federn 70 können Kunststoff und/oder Metall umfassen.
