DE102021119658A1

DE102021119658A1 - Multifunctional input device with touch-sensitive input surface and control panel that is magnetically attached to the input surface and inductively coupled

Info

Publication number: DE102021119658A1
Application number: DE102021119658.2A
Authority: DE
Inventors: Mario Demar; Thomas Rauch; Erfinder auf Antrag nicht genannt. Weitere(r)
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein multifunktionales Eingabegerät (1) aufweisend: eine eine berührempfindliche Eingabefläche (2b) bereitstellende Berühreingabeeinheit (2) mit einer Berührdetektionseinrichtung (2a) zur Detektion einer Berührung der berührempfindlichen Eingabefläche (2b) durch einen Bediener; ein mechanisches Bedienteil (3) mit einem zur Positionierung auf der berührempfindlichen Eingabefläche (2b) ausgebildeten Sockel (3b), sowie mit einem beweglich an dem Sockel (3b) gelagerten Eingabeteil (3a), um eine Vornahme einer händischen Bedieneingabe durch den Bediener durch Verstellen des Eingabeteils (3a) relativ zum Sockel (3b) zu ermöglichen; Mittel (4b) zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes (BW) zur Stellungsdetektion und/oder Positionsdetektion des Bedienteils (3); Mittel zur induktiven Kopplung mit dem magnetischen Wechselfeld (BW), die mindestens eine am Bedienteil (3) festgelegte Spule (6) umfassen; magnetische und/oder magnetisierbare Mittel (5a, 5b) zur Bewirkung einer magnetischen Haftung des Sockels (3b) des mechanischen Bedienteils (3) aufgrund eines statischen Magnetfeldes (BS) wenigstens an einem Positionierort auf der berührempfindlichen Eingabefläche (2b), welche ein am Sockel (3b) festgelegtes, erstes Element (5a) und wenigstens ein in oder unter der berührempfindlichen Eingabefläche (2b) angeordnetes, mit dem ersten Element (5a) magnetisch zusammenwirkendes, zweites Element (5b) aufweisen und ferner ein zwischen dem ersten Element (5a) und der Spule (6) angeordnetes Abschirmelement (9) aus weichmagnetischem Material angeordnet ist.The invention relates to a multifunctional input device (1) comprising: a touch input unit (2) providing a touch-sensitive input surface (2b) with a touch detection device (2a) for detecting a touch of the touch-sensitive input surface (2b) by an operator; a mechanical operating part (3) with a base (3b) designed for positioning on the touch-sensitive input surface (2b), and with an input part (3a) movably mounted on the base (3b) in order to enable the operator to make a manual operating input by adjusting of the input part (3a) relative to the base (3b); Means (4b) for generating an alternating magnetic field (BW) for position detection and/or position detection of the operating part (3); Means for inductive coupling to the alternating magnetic field (BW), which comprise at least one coil (6) fixed to the operating part (3); magnetic and/or magnetisable means (5a, 5b) for effecting magnetic adhesion of the base (3b) of the mechanical operating part (3) due to a static magnetic field (BS) at least at one positioning location on the touch-sensitive input surface (2b), which has a on the base (3b) fixed, first element (5a) and at least one arranged in or under the touch-sensitive input surface (2b), magnetically interacting with the first element (5a), second element (5b) and also between the first element (5a) and the coil (6) arranged shielding element (9) made of soft magnetic material is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft ein multifunktionales Eingabegerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer eine berührempfindliche Eingabefläche bereitstellenden Berühreingabeeinheit, wie ein Touchpad oder ein Touchscreen, und einer Berührdetektionseinrichtung, wobei letztere ausgebildet ist, eine Berührung der Eingabefläche zu detektieren. Während ein Touchpad als eine anzeigelose Berühreingabeeinheit verstanden wird, wird als Touchscreen eine um eine Pixelmatrixanzeige ergänzte Berühreingabeeinheit verstanden, bei dem der berührempfindlichen Eingabefläche mit einer durch die Pixelmatrixanzeige erzeugten Anzeigefläche zusammenfällt. Multifunktionale Eingabegeräte dieser Art werden in Kraftfahrzeugen zur Steuerung von Fahrzeugkomponenten eingesetzt und dienen unter anderem zur Steuerung von Informations- oder Kommunikationseinrichtungen oder zur Klimasteuerung. Beispiele dafür sind ein Abspielgerät für Musikdateien, ein Navigationsgerät oder eine Bedienoberfläche zur Einstellung von Fahrzeugfunktionen.The invention relates to a multifunctional input device, in particular for a motor vehicle, with a touch input unit providing a touch-sensitive input surface, such as a touchpad or a touch screen, and a touch detection device, the latter being designed to detect a touch on the input surface. While a touchpad is understood as a touch input unit without a display, a touch input unit supplemented by a pixel matrix display is understood as a touch screen, in which the touch-sensitive input surface coincides with a display surface generated by the pixel matrix display. Multifunctional input devices of this type are used in motor vehicles to control vehicle components and are used, among other things, to control information or communication devices or for climate control. Examples of this are a player for music files, a navigation device or a user interface for setting vehicle functions.

Die Schaffung einer zusätzlichen händischen Bedieneingabe durch Anordnung eines mechanischen Bedienteils mit einem beweglich gelagerten Eingabeteil auf der berührempfindlichen Eingabefläche hat den Vorteil, dass sich der Bediener leichter ohne visuelle Überprüfung lediglich haptisch orientieren kann und die händische Bedieneingabe meist schneller und meist ganz ohne visuelle Überprüfung über das Eingabeteil vorgenommen werden kann, im Vergleich zu einer Eingabe auf und ausschließlich über die berührempfindliche Eingabefläche, beispielsweise durch eine Wischgeste. Die DE 10 2006 043 208 A1 offenbart einen auf einem Touchscreen angeordneten Drehsteller als mechanisches auf einer Berühreingabeeinheit angeordnetes Bedienteil. Das bewegliche Eingabeteil ist beispielsweise vorgesehen, ein Bedienmenü durchlaufen oder ein oder mehrere Menüpunkte auswählen zu können. Typischerweise ist das Betätigungsteil des mechanischen Bedienteils beweglich an einem Sockel gelagert, der entweder durch eine äußere die Eingabefläche ausbildende Schicht des Touchpads oder Touchscreens ausgebildet ist oder der Sockel ist durch kraft- oder stoffschlüssige Verbindung an der die Eingabefläche ausbildenden, äußeren Schicht des Touchpads oder Touchscreens dauerhaft festgelegt. Die dauerhafte Festlegung des Betätigungsteils an der berührempfindlichen Eingabefläche ist vergleichsweise unflexibel. Darüber hinaus stellt das die Eingabefläche überragende Eingabeteil ein nicht unerhebliches Verletzungsrisiko dar. Daher ist eine überwindbare, magnetisch haftende Festlegung des Bedienteils an der Eingabefläche der Berühreingabeeinheit bevorzugt und regelmäßig mittels eines statischen, beispielsweise durch Permanentmagneten bewirkten Magnetfeldes vorgesehen.The creation of an additional manual operating input by arranging a mechanical operating part with a movably mounted input part on the touch-sensitive input surface has the advantage that the operator can orientate himself more easily without visual checking, just haptically, and the manual operating input is usually faster and mostly without any visual checking via the Input part can be made, compared to an input on and exclusively via the touch-sensitive input surface, for example by a swipe gesture. The DE 10 2006 043 208 A1 discloses a rotary actuator arranged on a touch screen as a mechanical control element arranged on a touch input unit. The movable input part is provided, for example, to be able to run through an operating menu or to be able to select one or more menu items. Typically, the actuating part of the mechanical operating part is movably mounted on a base, which is formed either by an outer layer of the touchpad or touchscreen that forms the input surface, or the base is connected to the outer layer of the touchpad or touchscreen that forms the input surface by a non-positive or material connection permanently fixed. The permanent attachment of the actuating part to the touch-sensitive input surface is comparatively inflexible. In addition, the input part protruding beyond the input surface poses a not inconsiderable risk of injury. Therefore, a surmountable, magnetically adhesive fixation of the control part on the input surface of the touch input unit is preferred and regularly provided by means of a static magnetic field, for example caused by permanent magnets.

Andererseits ist zur Stellungsdetektion des mechanischen Bedienteils ein magnetisches Wechselfeld vorgesehen und Mittel zur induktiven Kopplung mit dem magnetischen Wechselfeld seitens des mechanischen Bedienteils vorgesehen.On the other hand, an alternating magnetic field is provided to detect the position of the mechanical operating part, and means for inductive coupling to the alternating magnetic field are provided on the part of the mechanical operating part.

Nachteilig ist jedoch die Beeinflussung der induktiven Kopplung mit dem magnetischen Wechselfeld durch das statische Magnetfeld der die magnetische Haftung bewirkenden magnetischen und/oder magnetisierbaren Mittel. Beispielsweise überlagert das statische Magnetfeld der magnetischen Haftung das magnetische Wechselfeld, was die induktive Kopplung beeinflusst und zu Fehldetektionen bei der Stellungs- bzw. Positionsdetektion führt.A disadvantage, however, is the influencing of the inductive coupling with the alternating magnetic field by the static magnetic field of the magnetic and/or magnetizable means causing the magnetic adhesion. For example, the static magnetic field of the magnetic adhesion is superimposed on the alternating magnetic field, which influences the inductive coupling and leads to erroneous detections in position detection.

Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für ein multifunktionales Eingabegerät mit einer eine berührempfindliche Eingabefläche bereitstellenden Berühreingabeeinheit und einem magnetisch haftend auf der Eingabefläche angeordneten mechanischen Bedienteil, wobei die induktive Kopplung mit einem zur Stellungs- und/oder Positionsdetektion des Bedienteils vorgesehenen, magnetischen Wechselfeld möglichst nicht oder wenig durch das für die magnetische Haftung vorgesehene statische Magnetfeld beeinträchtigt wird. Diese Aufgabe wird durch ein multifunktionales Eingabegerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen 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.Against this background, there was a need for a solution for a multifunctional input device with a touch-sensitive input unit providing a touch-sensitive input surface and a mechanical control panel arranged magnetically on the input surface, with the inductive coupling with an alternating magnetic field provided for position and/or position detection of the control panel being as possible as possible is not or only slightly affected by the static magnetic field provided for the magnetic adhesion. This object is achieved by a multifunctional input device according to claim 1. An equally advantageous use is the subject of the independent claim. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims. It should be pointed out that the features listed individually in the claims can be combined with one another in any technologically meaningful manner and show further refinements of the invention. The description, in particular in connection with the figures, additionally characterizes and specifies the invention.

Die Erfindung betrifft ein multifunktionales Eingabegerät mit einer eine berührempfindliche Eingabefläche bereitstellenden Berühreingabeeinheit, wie ein Touchpad oder ein Touchscreen. Gattungsgemäß ist der berührempfindlichen Eingabefläche eine Berührdetektionseinrichtung zur Detektion einer Berührung der berührempfindlichen Eingabefläche zugeordnet, wobei im Falle des Touchscreens ferner eine Anzeigefläche zugeordnet ist. Üblicherweise weist die Berühreingabeeinheit, also der Touchscreen beziehungsweise das Touchpad, einen Schichtaufbau auf. Der Schichtaufbau beinhaltet im Falle des Touchscreens beispielsweise eine transparente, äußere Schicht, die die dem Bediener zugewandte berührempfindliche Eingabefläche definiert. Der Schichtaufbau des Touchscreens beinhaltet beispielsweise ferner eine auf der dem Bediener abgewandten Seite der äußeren Schicht angeordnete Pixelmatrixanzeige mit einer durch die transparente äußere Schicht sichtbaren Anzeigeschicht, so dass für den Bediener der Anzeigeschicht die berührempfindliche Eingabefläche zugeordnet ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Anzeigeschicht um eine solche in LCD- oder OLED-Bauweise.The invention relates to a multifunctional input device with a touch input unit providing a touch-sensitive input surface, such as a touchpad or a touchscreen. According to the generic type, a touch detection device for detecting a touch on the touch-sensitive input surface is assigned to the touch-sensitive input surface, with a display surface also being assigned in the case of the touchscreen. The touch input unit, ie the touchscreen or the touchpad, usually has a layered structure. In the case of the touch screen, the layer structure includes, for example, a transparent, outer layer that defines the touch-sensitive input surface facing the operator. The layered structure of the touchscreen includes For example, a pixel matrix display arranged on the side of the outer layer facing away from the operator also has a display layer that is visible through the transparent outer layer, so that the operator is assigned the touch-sensitive input surface of the display layer. For example, the display layer is of the LCD or OLED type.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Berührdetektionseinrichtung der Berühreingabeeinheit weist beispielsweise eine Detektionsschicht auf, die im Falle des Touchscreens meist transparent ausgebildet ist und vom Bediener aus gesehen über der Anzeigeschicht angeordnet ist. Die Detektionsschicht kann ausgebildet sein, eine Berührung der berührempfindlichen Eingabefläche kapazitiv, resistiv, induktiv, akustisch oder optisch zu detektieren. Beispielsweise ist die Detektionsschicht eine ein regelmäßiges Elektrodenarray ausbildende, leitfähige Schicht, um mittels des Elektrodenarrays ein Array von kapazitiven Messfeldern zu erzeugen, deren vom Ort der Berührung abhängige und durch die Berührung bewirkte Beeinflussung kapazitiv detektierbar ist. Die Elektroden sind beispielsweise in einer gemeinsamen Ebene oder auf zwei oder mehr parallelen Ebenen angeordnet. Beispielsweise ist dieses Elektrodenarray aus zwei Gruppen von Elektroden ausgebildet, die gruppenweise parallel zueinander angeordnet sind und die sich von Gruppe zu Gruppe bei senkrechter gedachter Projektion auf eine gemeinsame Ebene mehrfach durchkreuzen, beispielsweise orthogonal durchkreuzen, wobei sie aber dabei elektrisch isoliert zueinander angeordnet sind. So wird eine regelmäßige Gitterstruktur unter Ausbildung eines sogenannten Knotenpunktes an den Orten der Kreuzung ausgebildet, Der Abstand nächstbenachbarter Knotenpunkte beschreibt die Regelmäßigkeit oder Periodizität des Elektrodenarrays. Üblicherweise ist der kleinste Abstand der Knotenpunkte kennzeichnend für das Array. Dabei ist die Lage der durch die Elektroden zu erzeugenden Messfelder jeweils durch die Position der Knotenpunkte definiert. Beispielsweise wird die Elektrodenstruktur durch die beidseitige Beschichtung eines Foliensubstrats mit leitfähigem Material bereitgestellt.The touch detection device of the touch input unit provided according to the invention has, for example, a detection layer which, in the case of the touchscreen, is mostly transparent and is arranged above the display layer as seen from the operator's perspective. The detection layer can be designed to detect a touch of the touch-sensitive input surface capacitively, resistively, inductively, acoustically or optically. For example, the detection layer is a conductive layer forming a regular electrode array in order to use the electrode array to generate an array of capacitive measuring fields whose influence, which depends on the location of the touch and is caused by the touch, can be detected capacitively. For example, the electrodes are arranged in a common plane or on two or more parallel planes. For example, this electrode array is formed from two groups of electrodes which are arranged in groups parallel to one another and which intersect several times from group to group in a perpendicular imaginary projection onto a common plane, for example intersect orthogonally, although they are arranged electrically insulated from one another. A regular lattice structure is thus formed, forming a so-called node at the locations of the intersection. The distance between the next neighboring nodes describes the regularity or periodicity of the electrode array. Usually, the smallest distance between the nodes is characteristic of the array. The position of the measuring fields to be generated by the electrodes is defined in each case by the position of the nodal points. For example, the electrode structure is provided by coating a film substrate on both sides with conductive material.

Erfindungsgemäß ist ferner ein mechanisches Bedienteil vorgesehen, das einen Sockel und einen beweglich an dem Sockel gelagertes Eingabeteil aufweist, um die Vornahme einer händischen Bedieneingabe durch den Bediener zu ermöglichen. Die Bezeichnung mechanisches Bedienteil soll nicht ausschließen, dass elektronische Komponenten im Bedienteil vorgesehen sind, sondern soll lediglich ein Hinweis darauf sein, dass das Bedienteil erfindungsgemäß eine händisch zu bewirkende, mechanische Verstellung des Eingabeteils und/oder eine händisch zu bewirkende mechanische Positionsveränderung des gesamten Eingabeteils auf der berührempfindlichen Eingabefläche gestattet, um dadurch eine Bedieneingabe durch den Bediener vornehmen zu können. Der Sockel ist demzufolge zur Positionierung auf der berührempfindlichen Eingabefläche ausgebildet und bevorzugt so ausgebildet, dass er relativ zur berührempfindlichen Eingabefläche in einer zur berührempfindlichen Eingabefläche parallelen Richtung verschiebbar ausgebildet ist.According to the invention, a mechanical operating part is also provided which has a base and an input part which is movably mounted on the base in order to enable the operator to make a manual operating input. The term "mechanical control panel" is not intended to exclude the possibility of electronic components being provided in the control panel, but is merely intended to indicate that the control panel according to the invention has a mechanical adjustment of the input part to be effected manually and/or a mechanical change in position of the entire input part to be effected manually the touch-sensitive input surface allowed in order to be able to make an operator input by the operator. The base is therefore designed for positioning on the touch-sensitive input surface and is preferably designed in such a way that it is designed to be displaceable relative to the touch-sensitive input surface in a direction parallel to the touch-sensitive input surface.

Erfindungsgemäß sind ferner Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes zur Stellungsdetektion und/oder Positionsdetektion des Bedienteils vorgesehen.According to the invention, means are also provided for generating an alternating magnetic field for position detection and/or position detection of the control panel.

Erfindungsgemäß sind Mittel zur induktiven Kopplung mit dem magnetischen Wechselfeld vorgesehen, die mindestens eine als Stellungs- und/oder Positionsgeber bei der Stellungsdetektion und/oder Positionsdetektion wirkende Spule umfassen.According to the invention, means for inductive coupling to the alternating magnetic field are provided, which comprise at least one coil acting as a position indicator and/or position transmitter during position detection and/or position detection.

Erfindungsgemäß sind ferner magnetische, wie permanentmagnetische, und/oder magnetisierbare, wie ferromagnetische, Mittel zur Bewirkung einer magnetischen Haftung des mechanischen Bedienteils wenigstens an einem Positionierort auf der berührempfindlichen Eingabefläche aufgrund eines statischen Magnetfeldes vorgesehen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ausschließlich eine magnetische Haftung des Sockels an einem oder mehreren Positionierorten zur Festlegung des mechanischen Bedienteils an der Berühreingabeeinheit vorgesehen ist, die bevorzugter händisch überwindbar und damit eine lösbare Verbindung zwischen dem mechanischen Bedienteil und der Berühreingabeeinheit bereitstellt. Damit ist eine selektive Festlegung des Sockels an einem Positionierort oder an mehreren Positionierorten auf der berührempfindlichen Eingabefläche eröffnet, während das mechanische Bedienteil reversibel von der berührempfindlichen Eingabefläche trennbar ist und beispielsweise zu Reinigungszwecken von der berührempfindlichen Eingabefläche abgenommen und wieder befestigt werden kann. Somit ist das multifunktionale Eingabegerät verbessert an unterschiedliche Bediensituation oder Bediengewohnheiten anpassbar. Ferner ist das Verletzungsrisiko durch das mechanische Eingabeteil im Crashfall verringert, da die überwindbare magnetische Haftung ähnlich einer Sollbruchstelle fungiert. Insbesondere sorgt die magnetische Wechselwirkung während des Aufbringens auf den Positionierort und/oder während der Veränderung des Positionierortes für die Erzeugung eines haptischen Feedbacks, wodurch die Orientierung bei der Positionierung erleichtert wird.According to the invention, magnetic, such as permanent-magnetic, and/or magnetizable, such as ferromagnetic, means are also provided for effecting magnetic adhesion of the mechanical operating part at least at one positioning location on the touch-sensitive input surface due to a static magnetic field. It is preferably provided that only a magnetic adhesion of the base is provided at one or more positioning locations for fixing the mechanical operating part on the touch input unit, which can preferably be overcome by hand and thus provides a detachable connection between the mechanical operating part and the touch input unit. This allows the base to be fixed selectively at a positioning location or at a plurality of positioning locations on the touch-sensitive input surface, while the mechanical operating part can be reversibly separated from the touch-sensitive input surface and can be removed from the touch-sensitive input surface and attached again, for example for cleaning purposes. The multifunctional input device can thus be better adapted to different operating situations or operating habits. Furthermore, the risk of injury from the mechanical input part is reduced in the event of a crash, since the magnetic adhesion that can be overcome acts like a predetermined breaking point. In particular, the magnetic interaction ensures that haptic feedback is generated during application to the positioning location and/or during the change in the positioning location, as a result of which orientation during positioning is facilitated.

Beispielsweise ist der mögliche durch die magnetischen oder magnetisierbaren Mittel vorgegebene Positionierort jeweils durch visuell und/oder haptisch wahrnehmbare Markierungen auf der berührempfindlichen Eingabefläche für den Bediener erkennbar. Als Haftung wird eine Fixierung des mechanischen Bedienteils verstanden, die ausreicht das mechanische Bedienteil an dem jeweiligen Positionierort unter den aus fahrdynamischen Überlegungen zu erwartenden Bedingungen, wie auf das mechanische Bedienteil wirkenden Fliehkräften, zu halten. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die magnetische, durch die Wechselwirkung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element bewirkte Haftung an wenigstens einem Positionierort lokal besonders stark und ausgeprägt, was somit als haptisch wahrnehmbare Orientierungshilfe bei der Platzierung des mechanischen Bedienteils auf der berührempfindlichen Eingabefläche dient. Durch die überwindbare magnetische Haftung und damit lösbare Verbindung kann das mechanische Bedienteil bedarfsweise entfernt werden oder es bieten sich je nach der Ausgestaltung der vorgenannten Mittel eine Mehrzahl an Positionierorte .d.h. optionale Positionen für das mechanische Bedienteil an.For example, the possible positioning location specified by the magnetic or magnetizable means is visually and/or in each case haptically perceptible markings on the touch-sensitive input surface for the operator. Liability is understood as a fixation of the mechanical operating part that is sufficient to hold the mechanical operating part at the respective positioning location under the conditions to be expected from driving dynamics considerations, such as centrifugal forces acting on the mechanical operating part. In one embodiment, it is provided that the magnetic adhesion caused by the interaction between the first element and the second element is locally particularly strong and pronounced at at least one positioning location, which thus serves as a haptically perceptible orientation aid when placing the mechanical operating part on the touch-sensitive input surface . Due to the overcomeable magnetic adhesion and thus detachable connection, the mechanical operating part can be removed as required or, depending on the design of the aforementioned means, there are a number of positioning locations, ie optional positions for the mechanical operating part.

Erfindungsgemäß umfassen diese Mittel zur Bewirkung einer magnetischen Haftung aufgrund des statischen Magnetfeldes ein sockelseitiges, d.h. am Sockel festgelegtes, erstes Element und wenigstens ein in oder unter der berührempfindlichen Eingabefläche angeordnetes, mit dem ersten Element magnetisch zusammenwirkendes, zweites Element. Das zweite Element weist beispielsweise eine Ausdehnung auf, die der der Eingabefläche im Wesentlichen entspricht, so dass das erste Element bzw. der Sockel beliebig auf der Eingabefläche positionierbar ist. Der Bereich, bei dem es zur magnetischen Haftung, d.h. Festlegung des Sockels kommt, entspricht beispielsweise der berührempfindlichen Eingabefläche oder ist kleiner. Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Element um ein ferromagnetisches Element, wie eine ferromagnetische Platte oder eine ferromagnetische Abdeckung.According to the invention, these means for effecting magnetic adhesion due to the static magnetic field include a base-side first element, i.e. fixed to the base, and at least one second element arranged in or under the touch-sensitive input surface and magnetically interacting with the first element. The second element has, for example, an extent that essentially corresponds to that of the input surface, so that the first element or the base can be positioned anywhere on the input surface. For example, the area where magnetic adhesion occurs, i.e. where the base is fixed, is equal to or smaller than the touch-sensitive input surface. For example, the second element is a ferromagnetic element, such as a ferromagnetic plate or a ferromagnetic cover.

Erfindungsgemäß ist ein zwischen dem ersten Element und der Spule angeordnetes Abschirmelement aus weichmagnetischem Material angeordnet. Als weichmagnetisches Material wird ein Werkstoff mit einer Koerzitivfeldstärke von weniger als 1000 A/m verstanden. Der Begriff Abschirmelement meint eine Feldbeeinflussung derart, dass die magnetische Haftung durch das statische Feld gewährleistet ist, aber die durch das Abschirmelement bewirkte Feldbeeinflussung für eine verringerte Felddurchsetzung der zur induktiven Kopplung mit dem magnetischen Wechselfeld vorgesehenen Spule durch das statische Magnetfeld sorgt. Folglich ist eine Beeinflussung der induktiven Kopplung der Spule, also deren durch das magnetische Wechselfeld induzierten Spannung, durch das statische Magnetfeld oder dessen Bewegung insbesondere bei Relativbewegung von Eingabeteil und Sockel, ausgeschlossen oder zumindest vermindert.According to the invention, a shielding element made of soft-magnetic material is arranged between the first element and the coil. A material with a coercive field strength of less than 1000 A/m is understood to be a soft-magnetic material. The term shielding element means a field influence such that the magnetic adhesion is ensured by the static field, but the field influence caused by the shielding element ensures a reduced field penetration of the coil provided for inductive coupling with the alternating magnetic field through the static magnetic field. Consequently, influencing the inductive coupling of the coil, i.e. its voltage induced by the alternating magnetic field, by the static magnetic field or its movement, in particular during relative movement of the input part and base, is ruled out or at least reduced.

Bevorzugt ist das zuvor beschriebene Abschirmelement angrenzend an das erste Element angeordnet.The shielding element described above is preferably arranged adjacent to the first element.

Das Abschirmelement ist in einer Ausgestaltung beispielswese am Eingabeteil festgelegt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Abschirmelement am Sockel festgelegt.In one configuration, the shielding element is fixed, for example, to the input part. In a preferred embodiment, the shielding element is fixed to the base.

Bevorzugt ist wenigstens das erste Element ein das statische Magnetfeld erzeugendes Element, wie ein Permanentmagnet. Bevorzugt ist wenigstens ein Element aus erstem und zweitem Element permanentmagnetisch, auch als dauermagnetisch bezeichnet, ausgebildet. Beispielsweise ist das permanentmagnetische Material für das erste bzw. zweite Element eine Neodym-Eisen-Bor-Legierung.Preferably, at least the first element is an element generating the static magnetic field, such as a permanent magnet. At least one element from the first and second element is preferably designed to be permanent-magnetic, also referred to as permanent-magnetic. For example, the permanent magnetic material for the first and second elements is a neodymium-iron-boron alloy.

Bevorzugt ist die Spule in einen Schwingkreis integriert, der als Stellungsgeber in dem magnetischen Wechselfeld dient, welches durch die das magnetische Wechselfeld erzeugende Mittel erzeugt wird, die Teil einer mit dem Stellungsgeber zusammenwirkenden Stellungsdetektionseinrichtung zur Detektion einer Stellung oder Verstellung des Eingabeteils sind, anders ausgedrückt, es ist beispielsweise die absolute Stellung oder die relative Verstellung des Eingabeteils bezüglich des Sockels detektierbar.The coil is preferably integrated in an oscillating circuit, which serves as a position transmitter in the alternating magnetic field, which is generated by the means generating the alternating magnetic field, which are part of a position detection device interacting with the position transmitter for detecting a position or adjustment of the input part, in other words, for example, the absolute position or the relative displacement of the input part with respect to the base can be detected.

Der Begriff Stellungsgeber meint, dass der u.a. von der Spule gebildete Schwingkreis mit der Stellungsdetektionseinrichtung derart zusammenwirkt, dass eindeutige Rückschlüsse auf eine Stellungsänderung oder die Stellung des Eingabeteils ermöglicht sind. Beispielsweise ist die Eigenfrequenz und/oder das Maß der induktiven Kopplung der Spule des Schwingkreises von der Stellung des Betätigungsteils abhängig. Beispielsweise wird der Schwingkreis stellungsabhängig gestimmt, d.h. die Stellung beeinflusst die Abstimmung und damit die Eigenfrequenz des Schwingkreises. Diese stellungsabhängige Abstimmung wird beispielsweise anhand der frequenzabhängigen Dämpfung des magnetischen Wechselfeldes mittels der Stellungsdetektionseinrichtung detektiert. In einer anderen Ausgestaltung wird die stellungsabhängige Lage der Spule oder mehrere Spulen verwendet, um mittels einer ortsaufgelösten Stellungsdetektion die Stellung des Eingabeteils und gegebenenfalls die Position des mechanischen Bedienteils auf der berührempfindlichen Eingabefläche zu detektieren.The term position transmitter means that the oscillating circuit formed by the coil, among other things, interacts with the position detection device in such a way that clear conclusions can be drawn about a change in position or the position of the input part. For example, the natural frequency and/or the degree of inductive coupling of the coil of the oscillating circuit depends on the position of the actuating part. For example, the oscillating circuit is tuned depending on the position, i.e. the position influences the tuning and thus the natural frequency of the oscillating circuit. This position-dependent tuning is detected, for example, based on the frequency-dependent damping of the alternating magnetic field by means of the position detection device. In another embodiment, the position-dependent position of the coil or multiple coils is used to detect the position of the input part and possibly the position of the mechanical operating part on the touch-sensitive input surface by means of spatially resolved position detection.

Bevorzugt ist das Eingabeteil zumindest drehbeweglich am Sockel gelagert und weist eine zur Eingabefläche orthogonale Drehachse auf. Es ist ferner denkbar weitere Freiheitsgrade der durch händische Betätigung bewirkten Bewegung des Eingabeteils relativ zum Sockel vorzusehen, welche mittels des magnetischen Wechselfeldes und dessen induktiver Kopplung mit zuvor beschriebener Spule detektierbar ist, wie ein Verkippen oder Verschwenken des Eingabeteils und/oder ein transversales Bewegen des Eingabeteils in einer zur berührempfindlichen Eingabefläche parallelen oder orthogonalen Richtung. Dem Freiheitsgrad kann auch jeweils eine mechanisch wirkende Rückstellung in eine vorgegebene Ruhestellung zugeordnet sein. Gemäß einer Ausgestaltung ist das Eingabeteil somit nicht nur drehbeweglich gelagert, sondern entlang der Drehachse entgegen einer Rückstellkraft translatorisch verschiebbar oder niederdrückbar gelagert und/oder entgegen einer Rückstellkraft verschwenkbar jeweils am Sockel gelagert.Preferably, the input part is at least rotatably mounted on the base and has an axis of rotation orthogonal to the input surface. It is also conceivable more degrees of freedom through movement of the input part relative to the base caused by manual actuation, which can be detected by means of the alternating magnetic field and its inductive coupling with the coil described above, such as a tilting or pivoting of the input part and/or a transverse movement of the input part in a direction parallel or orthogonal to the touch-sensitive input surface Direction. A mechanically acting return to a predetermined rest position can also be assigned to each degree of freedom. According to one embodiment, the input part is not only rotatably mounted, but also mounted translationally displaceable or depressible along the axis of rotation against a restoring force and/or pivoted against a restoring force on the base.

Bevorzugt umfassen die das magnetische Wechselfeld erzeugenden Mittel ein Array von Spulen oder Antennen, welches auf der der Eingabefläche abgewandten Seite der Berühreingabeeinheit angeordnet ist.The means generating the alternating magnetic field preferably include an array of coils or antennas, which is arranged on the side of the touch input unit facing away from the input surface.

Beispielsweise weist das zweite Element eine Maximalausdehnung parallel zur Ebene der Eingabefläche auf, die weniger als 1/10, bevorzugter weniger als 1/20 der Maximalausdehnung der berührempfindlichen Eingabefläche beträgt. Bevorzugt jedoch weist das zweite Element eine Flächenausdehnung parallel zur Ebene der Eingabefläche auf, die mehr als 50%, bevorzugter mehr als 75%, meist bevorzugt 100 % oder mehr, der der Eingabefläche beträgt.For example, the second element has a maximum extent parallel to the plane of the input surface that is less than 1/10, more preferably less than 1/20, of the maximum extent of the touch-sensitive input surface. However, the second element preferably has a surface extension parallel to the plane of the input surface that is more than 50%, more preferably more than 75%, most preferably 100% or more of the input surface.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das zweite Element der magnetischen und/oder magnetisierbaren Mittel eine ferromagnetische Platte, die aus Sicht des Bedieners unterhalb der Eingabefläche, bevorzugt auf der der Eingabefläche abgewandten Seite der Berühreingabeeinheit, bevorzugter aus Sicht des Bedieners unter dem Array aus Spulen oder Antennen, angeordnet ist.According to a preferred embodiment, the second element of the magnetic and/or magnetizable means is a ferromagnetic plate which, from the operator's point of view, is below the input surface, preferably on the side of the touch input unit facing away from the input surface, more preferably from the operator's point of view under the array of coils or antennas , is arranged.

Bevorzugt sind die magnetischen und/oder magnetisierbaren Mittel so ausgebildet, dass an wenigstens einem Positionierort, noch bevorzugter an zwei örtlich beabstandeten Positionierorten auf der berührempfindlichen Eingabefläche eine magnetische Haftung durch ein statisches Magnetfeld und damit überwindbare Festlegung des Sockels erreicht wird oder ein lokales Maximum der zwischen dem ersten Element und dem jeweiligen zweiten Element bewirkten Haftung erreicht wird. Beispielsweise sind mehrere räumlich beabstandet angeordnete Pole eines zweiten Elements oder mehrere, räumlich beabstandet angeordnete zweite Elemente vorgesehen, um jeweils zwei oder mehr räumlich beabstandete Positionierorte zu definieren.The magnetic and/or magnetizable means are preferably designed in such a way that at least one positioning location, more preferably at two spatially spaced positioning locations on the touch-sensitive input surface, magnetic adhesion is achieved by means of a static magnetic field and the base can thus be fixed in place, or a local maximum of the between adhesion caused by the first element and the respective second element is achieved. For example, a plurality of spaced apart poles of a second element or a plurality of spaced apart second elements are provided to respectively define two or more spaced apart positioning locations.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die magnetischen und/oder magnetisierbaren Mittel so ausgebildet sind, dass durch magnetische Wechselwirkung ein händisches Verschieben des Sockels vorgegeben ist, also das Verschieben magnetisch geführt ist.In one embodiment, it is provided that the magnetic and/or magnetizable means are designed in such a way that a manual displacement of the base is predetermined by magnetic interaction, ie the displacement is guided magnetically.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind das erste Element und/oder das zweite Element zweipolig ausgebildet und weisen eine sich orthogonal zur Eingabefläche erstreckende Polausrichtung auf, die durch die kürzeste gedachte Verbindungslinie der zwei ungleichnamigen Pole eines Elements beschrieben ist.According to a preferred embodiment, the first element and/or the second element are of two-pole design and have a pole orientation extending orthogonally to the input surface, which is described by the shortest imaginary connecting line of the two opposite poles of an element.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite Element mehr als zweipolig sind und jeweils eine sich parallel zur Eingabefläche erstreckende Polausrichtung aufweisen. Dadurch ergeben sich mehrere unmittelbar benachbart angeordnete Positionierorte, wobei das Überführen von einem zum nächsten Positionierort nicht nur magnetisch geführt, sondern sich dabei ein Polrucken ähnliches haptisches Feedback bei der Verstellung zur erleichterten Orientierung ergibt.Provision is preferably made for the first and/or the second element to have more than two poles and each have a pole orientation extending parallel to the input surface. This results in several immediately adjacent positioning locations, with the transfer from one positioning location to the next not only being guided magnetically, but also resulting in a haptic feedback similar to a pole jerk during the adjustment for easier orientation.

Bevorzugt ist das Abschirmelement so angeordnet ist, dass es eine Verringerung einer mittleren, über den Spulenquerschnitt der Spule ermittelte Flußdichte des magnetischen Wechselfeldes bewirkt.The shielding element is preferably arranged in such a way that it brings about a reduction in an average flux density of the alternating magnetic field determined via the coil cross section of the coil.

Bevorzugt sind mehrere erste Elemente und mehrere zugehörige Abschirmelemente vorgesehen, wobei die mehreren, ersten Elemente um die Spule entlang einer Umgangsrichtung gleichmäßig beabstandet verteilt angeordnet sind.A plurality of first elements and a plurality of associated shielding elements are preferably provided, with the plurality of first elements being distributed uniformly spaced around the coil along a circumferential direction.

Bevorzugt ist die Spule koaxial mit der Drehachse angeordnet, um die das Eingabeteil drehbeweglich am Sockel gelagert ist und die orthogonal zur berührempfindlichen Eingabefläche ausgerichtet ist.The coil is preferably arranged coaxially with the axis of rotation about which the input part is rotatably mounted on the base and which is aligned orthogonally to the touch-sensitive input surface.

Bevorzugt umfassen die Mittel zur induktiven Kopplung mehrere Spulen, von denen beispielsweise eine koaxial mit der zuvor erwähnten Drehachse angeordnet ist.The means for inductive coupling preferably comprise a plurality of coils, one of which, for example, is arranged coaxially with the aforementioned axis of rotation.

Die Erfindung betrifft ferner die vorteilhafte Verwendung des Eingabegeräts in einer seiner zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.The invention also relates to the advantageous use of the input device in one of its previously described embodiments in a motor vehicle.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen jeweils lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen, multifunktionalen Eingabegeräts 1;
2 eine Schnittansicht der in 1 gezeigten, ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen, multifunktionalen Eingabegeräts 1;
3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen, multifunktionalen Eingabegeräts 1;
4 eine Schnittansicht der in 3 gezeigten, zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen, multifunktionalen Eingabegeräts 1.

The invention is explained in more detail with reference to the following figures. The figures are only to be understood as examples and each only represents a preferred embodiment variant. It shows:

1 a perspective view of a first embodiment of the multifunctional input device 1 according to the invention;
2 a sectional view of the 1 shown, first embodiment of the invention, multifunctional input device 1;
3 a perspective view of a second embodiment of the multifunctional input device 1 according to the invention;
4 a sectional view of the 3 shown, second embodiment of the multifunctional input device according to the invention 1.

Das erfindungsgemäße, multifunktionale Eingabegerät 1 in der in den 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform und in der in den 3 und 4 gezeigten zweiten Ausführungsform ist jeweils zur Verwendung in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug vorgesehen und beispielsweise in einer zum Fahrzeug gehörenden Mittelkonsole oder einem Armaturenbrett angeordnet und dient der Vornahme von Bedieneingaben durch einen Bediener. Dazu ist jeweils ein mechanisches Bedienteil 3 sowie eine Berühreingabeeinheit 2 in Form eines Touchscreens oder eines Touchpads vorgesehen. Die Berühreingabeeinheit 2 weist eine berührempfindlicher Eingabefläche 2b sowie eine zugehörige, eine Berührung der berührempfindlichen Eingabefläche 2b detektierende Berührdetektionseinrichtung 2a auf. Während die berührempfindliche Eingabefläche 2b der Vornahme einer herkömmlichen Eingabe unter Berührung, wie einer Wischgeste und Dergleichen, dient, ermöglicht das mechanische Bedienteil 3 mit seinem Eingabeteil 3a, das zumindest drehbeweglich um eine zur berührempfindlichen Eingabefläche 2b orthogonalen Drehachse D an einem auf der Eingabefläche 2b befindlichen Sockel 3b gelagert ist, zumindest die Vornahme einer Dreheingabe durch den Bediener. Die zugehörigen den Freiheitsgrad in der Bedienung bereitstellenden Wälz- oder Gleitlagermittel sind nicht dargestellt. Da das Eingabeteil 3a des mechanischen Bedienteils 3 leicht haptisch wahrnehmbar ist, ermöglicht es das erleichterte Wiederfinden und hilft somit bei der Orientierung auf der berührempfindlichen Eingabefläche 2b. Die Berührdetektionseinrichtung 2a ist zur Detektion einer Berührung auf der Eingabefläche 2b vorgesehen, mittels derer die Berührung kapazitiv durch lokale Beeinflussung eines Arrays von Messkapazitäten detektiert wird. Das Array von Messkapazitäten wird durch eine zur Berührdetektionseinrichtung 2a gehörigen Detektionsschicht erzeugt, die aus einer regelmäßigen Elektrodenstruktur ausgebildet ist, die in Berühreingabeeinheit 2 integriert ist und in den Figuren nicht näher dargestellt ist. Die Elektrodenstruktur ist üblicherweise aus in Spalten und Reihen organisierten und im Falle des Touchscreens transparenten Elektroden ausgebildet. Die Beaufschlagung der Elektrodenstruktur mit den Messkapazitäten sowie die Detektion deren Beeinflussung sowie die Ermittlung einer Berührung mit zugehörigem Berührort erfolgt durch die Berührdetektionseinrichtung 2a.The inventive, multifunctional input device 1 in the 1 and 2 shown first embodiment and in the in the 3 and 4 The second embodiment shown is intended for use in a motor vehicle, not shown, and is arranged, for example, in a center console or a dashboard belonging to the vehicle and is used for operating inputs to be made by an operator. A mechanical operating part 3 and a touch input unit 2 in the form of a touchscreen or a touchpad are provided for this purpose. The touch input unit 2 has a touch-sensitive input surface 2b and an associated touch detection device 2a that detects a touch on the touch-sensitive input surface 2b. While the touch-sensitive input surface 2b is used to make a conventional input by touch, such as a swipe gesture and the like, the mechanical operating part 3 with its input part 3a, which is at least rotatable about an axis of rotation D orthogonal to the touch-sensitive input surface 2b, enables an axis of rotation D to be located on the input surface 2b Base 3b is mounted, at least making a rotary input by the operator. The associated rolling or plain bearing means that provide the degree of freedom in operation are not shown. Since the input part 3a of the mechanical operating part 3 can be easily perceived by touch, it makes it easier to find it again and thus helps with orientation on the touch-sensitive input surface 2b. The touch detection device 2a is provided for detecting a touch on the input surface 2b, by means of which the touch is detected capacitively by locally influencing an array of measuring capacitances. The array of measuring capacitances is generated by a detection layer belonging to the touch detection device 2a, which is formed from a regular electrode structure which is integrated in the touch input unit 2 and is not shown in more detail in the figures. The electrode structure is usually formed from electrodes organized in columns and rows and, in the case of the touch screen, is transparent. The application of the measuring capacitances to the electrode structure and the detection of their influencing as well as the determination of a touch with the associated touch location is carried out by the touch detection device 2a.

Die Elektrodenstruktur ist beispielsweise auf der dem Bediener B abgewandten Seite einer transparenten, äußeren Schicht 2b des Touchscreens 2 aus einem Glaswerkstoff oder transparentem Kunststoff aufgebracht, während die dem Bediener zugewandte Seite der transparenten, äußeren Schicht der Berühreingabeeinheit 2 die berührempfindliche Eingabefläche 2b definiert. Unter der transparenten, äußeren Schicht und der die Detektionsschicht ausbildenden Elektrodenstruktur ist eine die Pixelmatrixanzeige des Touchscreens ausbildende Anzeigeschicht vorgesehen. Zu deren Hinterleuchtung ist auf der dem Bediener B abgewandten Seite des Berühreingabeeinheit 2 eine Diffusorschicht vorgesehen, in die Licht einer nicht dargestellten Lichtquelle eingekoppelt wird. Es ist dem Fachmann klar, dass im Falle einer Ausbildung der Berühreingabeeinheit 2 als Touchpad auf die vorgenannten Komponenten, wie die Anzeigeschicht, verzichtet werden kann.The electrode structure is applied, for example, to the side of a transparent, outer layer 2b of the touchscreen 2 made of a glass material or transparent plastic that faces away from the operator B, while the side of the transparent, outer layer of the touch input unit 2 that faces the operator defines the touch-sensitive input surface 2b. A display layer forming the pixel matrix display of the touch screen is provided under the transparent, outer layer and the electrode structure forming the detection layer. For its backlighting, a diffuser layer is provided on the side of the touch input unit 2 facing away from the operator B, into which light from a light source (not shown) is coupled. It is clear to the person skilled in the art that if the touch input unit 2 is designed as a touchpad, the aforementioned components, such as the display layer, can be dispensed with.

Die Detektion einer Verstellung oder der Stellung des Eingabeteils 3a relativ zum Sockel 3b und damit relativ zur Eingabefläche 2b erfolgt durch eine Stellungsdetektionseinrichtung 4, die wie durch das Bezugszeichen angedeutet, auf Mittel 4b zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes Bw zurückgreift.A displacement or the position of the input part 3a relative to the base 3b and thus relative to the input surface 2b is detected by a position detection device 4 which, as indicated by the reference number, uses means 4b for generating an alternating magnetic field Bw.

Zur induktiven Kopplung mit dem magnetischen Wechselfeld sind spezielle Mittel vorgesehen, die mindestens einen als Stellungsgeber bei der Stellungsdetektion wirkende Spule 6 umfassen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform bildet die Spule 6 mit anderen, eine elektrische Impedanz aufweisenden Komponenten 7 einen elektrischen Schwingkreis aus, der mit der Stellungsdetektionseinrichtung 4 derart zusammenwirkt, dass eindeutige Rückschlüsse auf eine Stellungsänderung oder die Stellung des Eingabeteils 3a relativ zum Sockel 3b ermöglicht sind. Bei der in den 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform ist ein Encoder 8 vorgesehen, der die Stellung oder die Stellungsänderung des Eingabeteils 3a detektiert und in Abhängigkeit dieses Detektionsergebnisses die Eigenfrequenz des Schwingkreises bestimmt. Somit wird der Schwingkreis stellungsabhängig gestimmt, d.h. die Stellung beeinflusst die Abstimmung und damit die Eigenfrequenz des Schwingkreises. Diese stellungsabhängige Abstimmung wird beispielsweise anhand der frequenzabhängigen Dämpfung des magnetischen Wechselfeldes B_W mittels der Stellungsdetektionseinrichtung 4 detektiert. Die Spule 6 der ersten, in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist koaxial mit der Drehachse D angeordnet und elektrisch leitend mit einer Platine 10 verbunden, auf der die weiteren eine elektrische Impedanz ausbildenden und zu dem Schwingkreis verschalteten Komponenten 7 angeordnet sind. Die Platine 10 sowie die Spule 6 sind am Eingebteil 3a des mechanischen Bedienteils 3 festgelegt.Special means are provided for inductive coupling with the alternating magnetic field, which include at least one coil 6 acting as a position transmitter during position detection. At the in 1 In the embodiment shown, the coil 6 forms an electrical resonant circuit with other components 7 having an electrical impedance, which interacts with the position detection device 4 in such a way that clear conclusions can be drawn about a change in position or the position of the input part 3a relative to the base 3b. At the in the 1 and 2 In the first embodiment shown, an encoder 8 is provided, which detects the position or the change in position of the input part 3a and, as a function of this detection result, determines the natural frequency of the oscillating circuit. The oscillating circuit is thus tuned as a function of the position, ie the position influences the tuning and thus the natural frequency of the oscillating circuit. This position-dependent tuning is detected, for example, using the position detection device 4 on the basis of the frequency-dependent damping of the alternating magnetic field B _W . The coil 6 of the first in the 1 and 2 embodiment shown is coaxial with the axis of rotation D ange arranges and electrically conductively connected to a circuit board 10, on which the other components forming an electrical impedance and connected to the resonant circuit 7 are arranged. The circuit board 10 and the coil 6 are fixed to the input part 3a of the mechanical operating part 3 .

Die gezeigte Ausgestaltung der Stellungsdetektionseinrichtung 4 ist in den Figuren lediglich symbolisch zu verstehen. Die Stellungsdetektionseinrichtung 4 umfasst beispielsweise als die das elektrische Wechselfeld Bw erzeugende Mittel 4b ein Array von Induktionsspulen und eine damit verbundene Auswerteinheit 4a, die eine ortsaufgelöste Detektion der Lage der Spule 6 und damit die Position des mechanischen Eingabeteils 3 auf der berührempfindlichen Eingabefläche 2b gestattet und folglich die Stellungsdetektionseinrichtung 4 konsequenterweise eigentlich als Positions-und-Stellungsdetektionseinrichtung zu bezeichnen ist. Wie in 2 gezeigt ist, ist das zu den das magnetische Wechselfeld Bw erzeugenden Mitteln 4b gehörige Array von Spulen auf der Berührfläche 2b abgewandten Seite der Berühreingabeeinheit 2 angeordnet, wobei sich die Spulen gleichmäßig über eine zur berührempfindlichen Eingabefläche 2b parallelen und deckungsgleichen Fläche verteilen.The configuration of the position detection device 4 shown is to be understood only symbolically in the figures. The position detection device 4 comprises, for example, as the means 4b generating the alternating electric field Bw, an array of induction coils and an evaluation unit 4a connected thereto, which allows a spatially resolved detection of the position of the coil 6 and thus the position of the mechanical input part 3 on the touch-sensitive input surface 2b and consequently consequently, the position detection device 4 should actually be referred to as a position-and-position detection device. As in 2 is shown, the array of coils belonging to the means 4b generating the alternating magnetic field Bw is arranged on the side of the touch input unit 2 facing away from the touch surface 2b, with the coils being distributed evenly over a surface parallel and congruent to the touch-sensitive input surface 2b.

Zur Bewirkung einer magnetischen Haftung des Sockels 3b und damit des mechanischen Bedienteils 3 aufgrund eines statischen Magnetfeldes B_S an mehreren Positionierorten, d.h. Positionen auf der berührempfindlichen Eingabefläche 2b sind ferner magnetische und/oder magnetisierbare Mittel 5a, 5b vorgesehen. Die Fixierung des mechanischen Bedienteils 3 auf der berührempfindlichen Eingabefläche 2b beruht ausschließlich auf magnetischer Haftung des Sockels 3b, wobei diese händisch überwindbar ist und damit eine lösbare Verbindung zwischen dem mechanischen Bedienteil 3 und der Berühreingabeeinheit 2 bereitstellt. Damit ist eine selektive Festlegung des Sockels 3b an mehreren Positionierorten auf der berührempfindlichen Eingabefläche 2b eröffnet, während das mechanische Bedienteil 3 reversibel von der berührempfindlichen Eingabefläche 2b trennbar ist und beispielsweise zu Reinigungszwecken von der berührempfindlichen Eingabefläche 2b abgenommen und wieder befestigt werden kann. Somit ist das multifunktionale Eingabegerät 1 verbessert an unterschiedliche Bediensituation oder Bediengewohnheiten anpassbar. Ferner ist das Verletzungsrisiko im Crashfall verringert, da die überwindbare magnetische Haftung ähnlich einer Sollbruchstelle fungiert. Insbesondere sorgt die magnetische Wechselwirkung während des Aufbringens auf den Positionierort und/oder während der Veränderung des Positionierortes für die Erzeugung eines haptischen Feedbacks, wodurch die Orientierung bei der Positionierung erleichtert wird.Magnetic and/or magnetizable means 5a, 5b are also provided to effect magnetic adhesion of the base 3b and thus of the mechanical operating part 3 due to a static magnetic field B _S at several positioning locations, ie positions on the touch-sensitive input surface 2b. The fixation of the mechanical operating part 3 on the touch-sensitive input surface 2b is based exclusively on the magnetic adhesion of the base 3b, which can be overcome by hand and thus provides a detachable connection between the mechanical operating part 3 and the touch input unit 2. This enables the base 3b to be fixed selectively at a number of positioning locations on the touch-sensitive input surface 2b, while the mechanical operating part 3 can be reversibly separated from the touch-sensitive input surface 2b and can be removed from the touch-sensitive input surface 2b and attached again, for example for cleaning purposes. The multifunctional input device 1 can thus be better adapted to different operating situations or operating habits. Furthermore, the risk of injury in the event of a crash is reduced because the magnetic adhesion that can be overcome acts like a predetermined breaking point. In particular, the magnetic interaction ensures that haptic feedback is generated during application to the positioning location and/or during the change in the positioning location, as a result of which orientation during positioning is facilitated.

Die Mittel 5a, 5b zur Bewirkung einer magnetischen Haftung aufgrund des statischen Magnetfeldes B_S umfassen zwei sockelseitige, d.h. am Sockel 3b festgelegte, permanentmagnetische erste Elemente 5a und wenigstens ein unter der berührempfindlichen Eingabefläche 2b, hier unter den das magnetische Wechselfeld Bw erzeugenden Mitteln 4b angeordnetes, mit dem ersten Element magnetisch zusammenwirkendes, zweites Element 5b. Die beiden ersten Elemente 5a sind gleichmäßig beabstandet entlang einer Umfangsrichtung um die Drehachse D verteilt angeordnet. Das zweite Element 5b ist eine ferromagnetische Platte und weist eine Ausdehnung auf, die der der Eingabefläche 2b entspricht, so dass der Sockel 3b beliebig auf der Eingabefläche 2b positionierbar ist. Der Bereich, bei dem es zur magnetischen Haftung, d.h. Festlegung des Sockels kommt, entspricht der Eingabefläche oder ist kleiner. Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Element um ein ferromagnetisches Element, wie eine ferromagnetische Platte oder eine ferromagnetische Abdeckung.The means 5a, 5b for effecting magnetic adhesion due to the static magnetic field B _S comprise two permanent-magnetic first elements 5a on the base, i.e. fixed to the base 3b, and at least one under the touch-sensitive input surface 2b, here under the means 4b that generate the alternating magnetic field Bw , second element 5b magnetically cooperating with the first element. The two first elements 5a are distributed evenly spaced along a circumferential direction about the axis of rotation D. The second element 5b is a ferromagnetic plate and has an extension that corresponds to that of the input surface 2b, so that the base 3b can be positioned anywhere on the input surface 2b. The area where magnetic adhesion occurs, ie fixing of the base, is equal to or smaller than the input area. For example, the second element is a ferromagnetic element, such as a ferromagnetic plate or a ferromagnetic cover.

Um die Ausbreitung des statischen Magnetfeldes Bs im Bereich der Spule 6 zu minimieren und somit eine Beeinflussung der Stellungs- bzw. Positionsdetektion aufgrund der Beeinflussung der induktiven Kopplung zwischen der Spule 6 und dem magnetischen Wechselfeld Bw zu minimieren, ist ein jeweils zwischen dem ersten Element 5a und der Spule 6 angeordnetes Abschirmelement 9 aus weichmagnetischem Material angeordnet. Als weichmagnetisches Material wird ein Werkstoff mit einer Koerzitivfeldstärke von weniger als 1000 A/m verstanden. Der Begriff Abschirmelement 9 meint eine Feldbeeinflussung derart, dass die magnetische Haftung durch das statische Feld gewährleistet ist, aber die durch das Abschirmelement bewirkte Feldbeeinflussung für eine verringerte Felddurchsetzung der zur induktiven Kopplung mit dem magnetischen Wechselfeld vorgesehenen Spule durch das statische Magnetfeld sorgt. Folglich ist eine Beeinflussung der induktiven Kopplung der Spule 6, also deren durch das magnetische Wechselfeld Bw induzierten Spannung, durch das statische Magnetfeld B_S oder dessen Bewegung insbesondere bei Relativbewegung von Eingabeteil 3a und Sockel 3b, ausgeschlossen oder zumindest vermindert. Das zuvor beschriebene Abschirmelement 9 ist jeweils angrenzend an das erste Element 5a angeordnet und am Sockel 3b festgelegt. Um die magnetische Haftung durch das statische Magnetfeld B_S nicht zu beinträchtigen, ist das Abschirmelement 9 so ausgebildet, dass das erste Element 5a nicht durch das Abschirmelement 9 magnetisch kurzgeschlossen wird.In order to minimize the propagation of the static magnetic field Bs in the area of the coil 6 and thus to minimize any influence on the location or position detection due to the influence on the inductive coupling between the coil 6 and the alternating magnetic field Bw, a respective between the first element 5a and the coil 6 arranged shielding element 9 made of soft magnetic material. A material with a coercive field strength of less than 1000 A/m is understood to be a soft-magnetic material. The term shielding element 9 means a field influence such that the magnetic adhesion is ensured by the static field, but the field influence caused by the shielding element ensures a reduced field penetration of the coil provided for inductive coupling with the alternating magnetic field through the static magnetic field. Consequently, an influencing of the inductive coupling of the coil 6, i.e. its voltage induced by the alternating magnetic field Bw, by the static magnetic field B _S or its movement, in particular during relative movement of the input part 3a and base 3b, is ruled out or at least reduced. The shielding element 9 described above is in each case arranged adjacent to the first element 5a and fixed to the base 3b. In order not to impair the magnetic adhesion through the static magnetic field B _S , the shielding element 9 is designed in such a way that the first element 5a is not magnetically short-circuited by the shielding element 9 .

In der in den 3 und 4 gezeigten, zweiten Ausführungsform des multifunktionalen Eingabegeräts 1 wird die stellungsabhängige Lage mehrerer Spulen 9 verwendet, um mittels einer ortsaufgelösten Stellungsdetektion die Stellung des Eingabeteils 3a und gegebenenfalls die Position des mechanischen Bedienteils 3b auf der berührempfindlichen Eingabefläche 2b zu detektieren. Hierzu sind die Spulen 6 exzentrisch zur Drehachse D angeordnet, während auf den Encoder 8 der ersten Ausführungsform verzichtet werden kann.In the in the 3 and 4 shown, second embodiment of the multifunctional input device 1, the position-dependent location meh rerer coils 9 used to detect the position of the input part 3a and, if necessary, the position of the mechanical operating part 3b on the touch-sensitive input surface 2b by means of a spatially resolved position detection. For this purpose, the coils 6 are arranged eccentrically to the axis of rotation D, while the encoder 8 of the first embodiment can be dispensed with.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102006043208 A1 [0002]

Claims

Multifunctional input device (1) comprising: a touch input unit (2) providing a touch-sensitive input surface (2b) with a touch detection device (2a) for detecting a touch of the touch-sensitive input surface (2b) by an operator; a mechanical operating part (3) with a base (3b) designed for positioning on the touch-sensitive input surface (2b), and with an input part (3a) movably mounted on the base (3b) in order to enable the operator to make a manual operating input by adjusting of the input part (3a) relative to the base (3b); Means (4b) for generating an alternating magnetic field (Bw) for position detection and/or position detection of the operating part (3); Means for inductive coupling to the alternating magnetic field (B _W ), which comprise at least one coil (6) fixed to the mechanical operating part (3) as a position transmitter and/or position transmitter; Magnetic and/or magnetizable means (5a, 5b) for effecting magnetic adhesion of the base (3b) of the mechanical operating part (3) due to a static magnetic field (B _S ) at least at one positioning location on the touch-sensitive input surface (2b), which has an am Base (3b) fixed, first element (5a) and at least one arranged in or under the touch-sensitive input surface (2b), magnetically interacting with the first element (5a), second element (5b) and further between the first element (5a ) and the coil (6) arranged shielding element (9) made of soft magnetic material is arranged.

Input device (1) according to claim 1 wherein the shielding element (9) is arranged adjacent to the first element (5a).

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the shielding element (9) is fixed to the base (3b).

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein at least the first element (5a) is an element generating the static magnetic field (B _S ).

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the coil (6) is integrated into an oscillating circuit (7) which serves as a position sensor in the alternating magnetic field (B _W ), and the means (4b) generating the alternating magnetic field are part of a Position detection device (4) are.

Input device (1) according to the preceding claim, wherein the means (4b) generating the alternating magnetic field (B _W ) comprise an array of coils or antennas which is arranged on the side of the touch input unit (2) facing away from the input surface (2b).

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the second element (5b) has a surface area parallel to the plane of the input surface (2b) which is more than 50%, preferably more than 75%, most preferably 100% or more of the Input area (2b) is.

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the shielding element (9) is arranged in such a way that it causes a reduction in an average flux density of the alternating magnetic field (Bw) determined via the coil cross section of the coil (6).

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the second element (5b) is a ferromagnetic plate which, from the perspective of the operator, is below the input surface (2b), preferably on the side of the touch input unit (2) facing away from the input surface (2b), more preferably from the operator's point of view below the means (4) generating the alternating magnetic field (B _W ).

Input device (1) according to the preceding claim, wherein a plurality of first elements (5a) and a plurality of associated shielding elements (9) are provided, the plurality of first elements (5b) around the coil (6) or around the coils (6) along a Direction of contact, preferably evenly distributed, are arranged.

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the first element (5a) and/or the second element (5b) are of two-pole design and have a pole orientation (P) extending orthogonally to the input surface (2b).

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the input part (3a) is mounted on the base (3b) so as to be rotatable about an axis of rotation (D) orthogonal to the touch-sensitive input surface (2b).

An input device (1) according to the preceding claim, wherein a coil (6) is arranged coaxially with the axis of rotation (D).

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the means for inductive coupling comprise a plurality of coils (6).

Use of the input device (1) according to one of the preceding claims in a motor vehicle.