DE102022122156A1 - Stelleinrichtung - Google Patents

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Isabelle Fröhlich
Hauke Reiser
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Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung mit einem flächigen, plattenförmigen Bauteil (1) mit einer Decklage (3), die zumindest ein Decklagen-Segment (11) aufweist, das mittels einer pneumatischen Stelleinheit (18) hubverstellbar ist. Erfindungsgemäß weist die pneumatische Stelleinheit (18) eine als Hebekissen wirkende Membran (13) auf, die eine mit Druckluft beaufschlagbare Druckkammer (15) begrenzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung mit einem flächigen, plattenförmigen Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Eine solche Stelleinrichtung ist in beliebigen Anwendungsbereichen einsetzbar und kann beispielhaft im Interieurbereich und/oder im Exterieurbereich verbaut werden. Die Stelleinrichtung kann optional mit unterschiedlichen Zusatzfunktionen ausgestattet sein, etwa einer Displayfunktion und/oder einer Bedienfunktion zum Betätigen diverser Funktionselemente.
  • Eine gattungsgemäße Stelleinrichtung weist ein flächiges, plattenförmiges Bauteil mit einer Decklage auf, die zumindest mit einem Decklagen-Segment ausgebildet ist. Das Decklagen-Segment ist mit Hilfe einer pneumatischen Stelleinheit hubverstellbar.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten pneumatischen Stelleinrichtungen sind konstruktiv aufwendig sowie bauteilintensiv aufgebaut und daher nur sehr bedingt in einer Großserie fertigbar.
  • Aus der EP 3 144 770 A1 ist ein System sowie ein Verfahren zur Bereitstellung haptischer Effekte bekannt, und zwar in Antwort auf eine Verformung einer Abdeckung eines Elektrogeräts. Aus der EP 3 285 144 B1 ist ein System zur haptischen Interaktion mit virtuellen Objekten bekannt. Aus der WO 2014/164274 A1 ist ein Interaktionsdisplay bekannt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine pneumatische Stelleinrichtung bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik konstruktiv einfach sowie bauteilreduziert aufgebaut ist.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung geht von einer Stelleinrichtung, mit einem flächigen, plattenförmigen Bauteil aus. Das Bauteil ist mit einer Decklage ausgebildet, die zumindest ein Decklagen-Segment aufweist.
  • Das Decklagen-Segment ist mit Hilfe einer pneumatischen Stelleinheit hubverstellbar. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist die pneumatische Stelleinheit eine als Hebekissen wirkende Membran auf. Diese begrenzt eine mit Druckluft beaufschlagbare Druckkammer. Bei einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer kann die Membran das Decklagen-Segment bis in seine Hubposition anheben. Umgekehrt kann bei einer Druckentlastung der Druckkammer das Decklagen-Segment wieder in seine Ausgangsposition überführt werden.
  • Die Membran kann aus einem Elastomermaterial gefertigt sein und sich bei Druckbeaufschlagung unter Querschnittsvergrößerung elastisch nachgiebig ausdehnen. Umgekehrt zieht sich die Membran bei Druckentlastung wieder zu seiner Ausgangslage zusammen.
  • In einer technischen Umsetzung kann die Decklage ein Segmentfeld aufweisen, das aus einer Vielzahl von Decklagen-Segmenten besteht. Jedem dieser Decklagen-Segmente ist jeweils eine als Hebekissen wirkende Membran zugeordnet. Mit Hilfe des Segmentfeldes können Decklagen-Segmente in unterschiedlicher Weise pneumatisch angesteuert werden, um zum Beispiel unterschiedliche Oberflächenmuster oder Oberflächengeometrien in der Oberfläche des Bauteils zu generieren.
  • Durch eine gezielte pneumatische Ansteuerung des Segmentfelds kann die Oberflächenform und/oder Oberflächenstruktur des Bauteils gezielt transformiert werden. Je nach pneumatischer Ansteuerung ist zum Beispiel eine sich wellenartig verformende Bauteil-Oberfläche generierbar. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Segmentfeld auch mit unterschiedlichen Zusatzfunktionen ausgestattet sein, etwa einer Displayfunktion und/oder einer Bedienfunktion zum Betätigen diverser Funktionselemente. Das plattenförmige Bauteil kann in einer weiteren Ausführungsvariante auf Freiformflächen, zum Beispiel einer Instrumententafel, montiert werden.
  • Das Bauteil kann bevorzugt einen Mehrlagenaufbau aufweisen, in dem die Einzellagen in Haftverbindung, zum Beispiel durch Verklebung, zusammengefügt sind. Beispielhaft kann der Mehrlagenaufbau aus der oberen Decklage bestehen, gefolgt von der Membran und einer Funktionsträgerlage. Die Funktionsträgerlage kann zusammen mit der Membran die Druckkammer begrenzen. Die Einzellagen können in einem Fertigungsprozess additiv aufeinander appliziert werden. Zudem können unterschiedliche weitere Funktionslagen in den Mehrlagenaufbau integriert werden.
  • Das plattenförmige Bauteil ist nicht auf eine bauteilsteife sowie ebenflächige Gestaltung beschränkt. Vielmehr kann das plattenförmige Bauteil auch ausreichend verformbar ausgeführt sein. In diesem Fall kann das plattenförmige Bauteil auf beliebige Freiformflächen montiert werden.
  • Fertigungstechnisch günstig sind die Membrane der Decklagen-Segmente materialeinheitliche Bestandteile einer Elastomerlage. Die Elastomerlage kann zwischen der Decklage und der Funktionsträgerlage angeordnet sein. Zudem kann die Elastomerlage sowohl mit der Decklage als auch mit der Funktionsträgerlage in fester Haftverbindung sein. In bei einem solchen Lagenaufbau kann die jeweilige Membran ein Elastomerlagen-Abschnitt sein, der zur Funktionsträgerlage hin anbindungsfrei, das heißt ohne Haftverbindung, ist.
  • Zur Steigerung der Funktionalität ist es von Vorteil, wenn jeder der Druckkammer im Segmentfeld des Bauteils jeweils eine eigene Druckleitung zugeordnet ist. Die Druckleitung verbindet eine externe Druckquelle mit der jeweiligen Druckkammer. Zur Steigerung der konstruktiven Freiheitsgrade bei der Anordnung der Decklagen-Segmente im Segmentfeld ist es von Vorteil, wenn die Druckleitungen an der, der Decklage gegenüberliegenden Unterseite der Funktionsträgerlage angeordnet sind. In diesem Fall ist jede der Druckleitungen über einen Strömungsdurchlass, der in der Funktionsträgerlage ausgebildet ist, mit der Druckkammer verbunden. Durch die Anordnung der Druckleitungen an der Unterseite der Funktionsträgerlage können diese unabhängig von den Positionen der Membranen auf der Oberseite der Funktionsträgerlage verlegt werden.
  • Das erfindungsgemäße Bauteil ist daher nach Art einer elektrischen Platine bzw. Leiterplatte ausgelegt, bei der die Decklagen-Segmente über Druckleiterbahnen (d.h. über die Druckleitungen) gezielt angesteuert werden können. Im Unterschied zu einer elektrischen Leiterplatte sind jedoch erfindungsgemäß die Druckleiterbahnen nicht auf derselben Bauteil-Seite wie die pneumatischen Stelleinheiten, sondern auf der gegenüberliegenden Bauteil-Seite angeordnet. Dadurch ergibt sich ein wesentlich größerer Freiheitgrad bei der Auslegung und Positionierung der Decklagen-Segmente und der Druckleiterbahnen.
  • In einer technischen Umsetzung kann jede der Druckleitungen als eine nutförmige Vertiefung in der Unterseite der Funktionsträgerlage eingearbeitet sein. Auf diese Weise ergibt sich einerseits eine konstruktiv einfache Realisierung der Druckleitung, und andererseits eine vergleichsweise reduzierte Bauteildicke des Mehrlagenaufbaus. Bevorzugt kann die nutförmige Vertiefung mit einer weiteren Decklage, insbesondere einer Elastomerlage, überdeckt sein.
  • Im Hinblick auf eine Funktionserweiterung ist es bevorzugt, wenn das Bauteil im Bereich des Decklagen-Segments ein Leuchtelement, insbesondere eine LED, aufweist. Das Leuchtelement kann zumindest bei in Hubposition befindlichem Decklagen-Segment aktiviert werden, um die Hubposition des Decklagen-Segmentes optisch zu unterstreichen. In einer fertigungstechnisch bevorzugten Ausführungsvariante kann das Leuchtelement an der Unterseite der Funktionsträgerlage angeordnet sein. In diesem Fall kann das Leuchtelement über einen, in der Funktionsträgerlage ausgebildeten Lichtdurchlass in optischer Verbindung mit der Oberseite der Funktionsträgerlage gebracht sein.
  • Im Hinblick auf eine Bauteilreduzierung ist es bevorzugt, wenn das Decklagesegment ein materialeinheitlicher und/oder einstückiger Bestandteil der Decklage ist. In einer ersten Ausführungsvariante kann das Decklagen-Segment geschlossenflächig in die Decklage eingebunden sein. Alternativ dazu kann in einer zweiten Ausführungsvariante das Decklagen-Segment durch einen Freischnitt in einem Decklagen-Grundkörper ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Decklagen-Segment zum Beispiel über eine Klappachse an den Decklagen-Grundkörper angebunden sein. In der Hubposition ist daher die Decklage mit einem Spalt nach außen geöffnet.
  • Die Decklage kann beispielhaft aus Metall, Kunststoff oder Textil ausgebildet sein. Zudem kann die Funktionsträgerlage beispielhaft aus einem elastisch nachgiebigen und/oder einem einfach verformbaren Material hergestellt sein, etwa aus einem Elastomermaterial.
  • Die Rückstellung des Decklagen-Segments kann beispielhaft durch eine Unterdruckbeaufschlagung der Druckkammer erfolgen. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Rückstellung des Decklagen-Segments aus seiner Hubposition in seine Ausgangsposition durch eine Rückstellkraft erfolgen, die sich bei der Druckbeaufschlagung aufbaut.
  • In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Membran lichtdurchlässig gestaltet sein. Bei aktiviertem Leuchtelement stellt sich somit ein Lichtaustritt durch den geöffneten Decklagen-Spalt ein.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 bis 3b unterschiedliche Ansichten einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung;
    • 4 in teilweiser Seitenansicht das Bauteil mit einem Decklagen-Segment in einer druckbeaufschlagten Hubposition; und
    • 5 in einer Ansicht entsprechend der 4 das Decklagen-Segment in einer drucklosen Ausgangsposition.
  • In den 1 bis 5 weist die Stelleinrichtung ein flächiges, plattenförmiges Bauteil 1 auf, das als ein Mehrlagenaufbau gefertigt ist und beispielhaft eine Bauteildicke s (2 oder 5) von 3 bis 5 mm aufweisen kann. Das Bauteil 1 besteht aus einer oberen Decklage 3, gefolgt von einer Elastomerlage 5, einer Funktionsträgerlage 7, einer weiteren Elastomerlage 9 und einer abschließenden unteren LED-Lage 10. Sämtliche Einzellagen 3, 5, 7, 9, 10 des Bauteils 1 sind durch Haftverbindung, zum Beispiel Verklebung, stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Decklage 3 kann exemplarisch eine Dekorlage im Interieurbereich eines Fahrzeugs sein. Beispielhaft kann die Decklage 3 aus einem dünnen Metallblech oder aus einem Holzfurnier gebildet sein. Alternativ dazu kann die Decklage 3 auch aus einem flexibleren Material, etwa einer Textillage oder aus Leder, ausgebildet sein. Die Funktionsträgerlage 7 kann, wie auch die beiden Elastomerlagen 5, 9 aus Elastomermaterial gefertigt sein.
  • Wie aus den 1, 2 oder 3a weiter hervorgeht, weist die Decklage 3 eine Vielzahl von Decklagen-Segmenten 11 auf, die zu einem Segmentfeld 12 (1) gruppiert sind. Die Decklagen-Segmente 11 sind jeweils durch einen Freischnitt 14 aus einem Decklagen-Grundkörper 16 herausgeschnitten. Das Segmentfeld 13 kann beispielhaft als ein haptisches Display und/oder als ein Bedienfeld verwendet werden, bei dem die einzelnen Decklagen-Segmente 11 mit Hilfe von nachfolgend beschriebenen pneumatischen Stelleinheiten 18 zwischen einer drucklosen Ausgangsposition (5) und einer druckbeaufschlagten Hubposition (4) hubverstellbar sind. Hierbei kann sich jedes der Decklagen-Segmente 11 klappenartig zwischen der Ausgangsposition und der Hubposition schwenkverstellen.
  • Jedem der Decklagen-Segmente 11 ist jeweils eine eigene pneumatische Stelleinheit 18 zugeordnet, die eine als Hebekissen wirkende Membran 13 aufweist. Gemäß den 4 oder 5 ist die Membran 13 ist als ein materialeinheitlicher und einstückiger Abschnitt der Elastomerlage 5 ausgebildet. Die Membran 13 ist gegenüber der Funktionsträgerlage 7 anbindungsfrei, das heißt ohne Haft- oder Klebverbindung, damit sich die Membran 13 bei einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer 15 frei ausdehnen kann. Wie aus der 3b hergeht, sind an der Unterseite der Funktionsträgerlage 7 eine Vielzahl von Druckleitungen 17 angeordnet. Jede dieser Druckleitungen 17 verbindet eine Druckkammer mit einer nicht gezeigten Druckluftquelle. Im Zusammenbauzustand sind die Druckleitungen 17 zu einer Luftanschlussleiste 19 geführt. Die Luftanschlussleiste 19 ist unter Zwischenklemmung des flächigen Bauteils 1 an einer Konterleiste 22 (2 oder 3a) befestigt. Zudem weist die Luftanschlussleiste 19 Luftanschluss-Elemente 20 auf, die in Verbindung mit einer nicht gezeigten Druckluftquelle bringbar sind.
  • Die Druckbeaufschlagung der Druckkammern 15 der Decklagen-Segmente 11 kann über eine nicht gezeigte Steuereinheit in beliebiger Weise durchgeführt werden. So können die Decklagen-Segmenten 11 voneinander unabhängig in beliebiger Kombination pneumatisch angesteuert werden, um zum Beispiel diverse Oberflächengeometrien oder -muster in der Decklage 3 des Bauteils 1 zu generieren.
  • Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass die Druckleitungen 17 auf der Unterseite der Funktionsträgerlage 7 und die Membrane 13 mitsamt Druckkammern 15 auf der gegenüberliegenden Oberseite der Funktionsträgerlage 7 angeordnet sind. Auf diese Weise können die Druckleitungen 17 nach einem beliebigen Leitungsmuster an der Unterseite der Funktionsträgerlage 7 verlegt sein, ohne mit den Druckkammern 15 zu kollidieren. Fertigungstechnisch einfach sowie bauraumsparend sind die Druckleitungen 17 als nutförmige Vertiefungen in die Unterseite der Funktionsträgerlage 7 eingearbeitet. Die nutförmigen Vertiefungen sind mit der unteren Elastomerlage 9 überdeckt. Zudem sind die nutförmigen Vertiefungen über jeweils einen Strömungsdurchlass 21, der in der Funktionsträgerlage 7 ausgebildet ist, mit der zugeordneten Druckkammer 15 verbunden.
  • Gemäß den 4 und 5 ist die LED-Lage 11 aus einzelnen LEDs 23 hergestellt, die in einem Elastomermaterial 25 der LED-Lage 11 eingegossen sind. Jeder pneumatischen Stelleinheit 18 ist jeweils ein LED 23 zugeordnet. Die LED 23 ist dabei in der Dickenrichtung betrachtet in Flucht zur Membran 13 angeordnet. Zudem ist die LED 23 über einen, in der Funktionsträgerlage 7 ausgebildeten Lichtdurchlass 27 in optischer Verbindung mit der Oberseite der Funktionsträgerlage 7.
  • In der 5 ist die pneumatische Stelleinheit 18 in einem drucklosen Zustand dargestellt. Demnach befindet sich das Decklagen-Segment 11 in seiner horizontalen Ausgangsposition, in der das Decklagen-Segment 11 flächenbündig mit dem umgebenden Decklagen-Grundkörper 16 abschließt. Die biegeschlaffe Membran 13 ist in einer als Stauraum wirkenden Vertiefung 29 angeordnet, die in der Oberseite der Funktionsträgerlage 7 eingearbeitet ist.
  • In der 4 ist die pneumatische Stelleinheit 18 in einem druckbeaufschlagten Zustand gezeigt. Demnach ist die Druckkammer 15 der Membran 13 mit Druckluft beaufschlagt, wodurch sich die Membran 13 ausdehnt. Die sich ausdehnende Membran 13 klappt das Decklagen-Segment 11 von seiner Ausgangsposition (5) in seine Hubposition hoch. In der Hubposition ist die Decklage 3 über einen Spalt 31 nach außen geöffnet, durch den das von der LED 23 erzeugte Licht austreten kann. Für einen solchen Lichtaustritt sind die beiden Elastomerlagen 5, 9 jeweils lichtdurchlässig ausgeführt.
  • Das erfindungsgemäße Bauteil 1 kann eine adaptive Oberfläche bereitstellen, die aktiv oder reaktiv reagieren kann. Zudem ist das Bauteil 1 mit reduziertem Bauteilgewicht und reduzierter Bauteildicke ausgebildet. Das Bauteil 1 ist zudem nicht biegesteif, sondern verformbar ausführbar, wodurch die Einbaumöglichkeiten des Bauteils 1 - im Vergleich zu einem biegesteifen Bauteil - gesteigert sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Bauteil
    3
    Decklage
    5
    obere Elastomerlage
    7
    Funktionsträgerlage
    9
    untere Elastomerlage
    10
    LED-Lage
    11
    Decklagen-Segmente
    12
    Segmentfeld
    13
    Membran
    14
    Freischnitt
    15
    Druckkammer
    16
    Decklagen-Grundkörper
    17
    Druckleitungen
    18
    pneumatische Stelleinheit
    19
    Luftanschlussleiste
    21
    Strömungsdurchlass
    23
    LED
    25
    Elastomermaterial
    27
    Lichtdurchlass
    29
    Vertiefung
    31
    Spalt
    s
    Bauteildicke
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3144770 A1 [0005]
    • EP 3285144 B1 [0005]
    • WO 2014/164274 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Stelleinrichtung mit einem flächigen, plattenförmigen Bauteil (1) mit einer Decklage (3), die zumindest ein Decklagen-Segment (11) aufweist, das mittels einer pneumatischen Stelleinheit (18) hubverstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatische Stelleinheit (18) eine als Hebekissen wirkende Membran (13) aufweist, die eine mit Druckluft beaufschlagbare Druckkammer (15) begrenzt, und dass insbesondere bei einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer (15) die Membran (13) das Decklagen-Segment (11) bis in eine Hubposition anhebt.
  2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklage (3) ein Segmentfeld (12) mit einer Vielzahl von Decklagen-Segmenten (11) aufweist, denen jeweils eine als Hebekissen wirkende Membran (13) zugeordnet ist.
  3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) einen Mehrlagenaufbau aufweist, und zwar bestehend aus der oberen Decklage (3), gefolgt von der Membran (13) und einer Funktionsträgerlage (7), und dass insbesondere die Funktionsträgerlage (7) zusammen mit der Membran (13) die Druckkammer (15) begrenzt.
  4. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Decklage (3) und der Funktionsträgerlage (7) eine Elastomerlage (5) angeordnet ist, die mit der Funktionsträgerlage (7) in Haftverbindung ist, und dass insbesondere die Membran (13) ein materialeinheitlicher und einstückiger Abschnitt der Elastomerlage (5) ist, der zur Funktionsträgerlage (7) anbindungsfrei, das heißt ohne Haftverbindung, ist.
  5. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (15) der als Hebekissen wirkenden Membran (13) über eine Druckleitung (17) in Strömungsverbindung mit einer Druckquelle ist, und dass insbesondere die Druckleitung (17) an der, der Decklage (3) gegenüberliegenden Unterseite der Funktionsträgerlage (7) angeordnet ist, und/oder dass die Druckleitung (17) über einen in der Funktionsträgerlage (7) ausgebildeten Strömungsdurchlass (21) mit der Druckkammer (15) verbunden ist.
  6. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Druckkammern (15) im Segmentfeld (12) des Bauteils (1) mit einer eigenen Druckleitung (17) mit der Druckquelle verbindbar ist, so dass bevorzugt die Druckkammern (15) unabhängig voneinander pneumatisch ansteuerbar sind.
  7. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (17) als eine nutförmige Vertiefung in die Unterseite der Funktionsträgerlage (7) eingearbeitet ist, und dass insbesondere die nutförmige Vertiefung mit einer weiteren Decklage (9), insbesondere Elastomerlage, überdeckt ist.
  8. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) im Bereich des Decklagen-Segments (11) ein Leuchtelement (23), insbesondere LED, aufweist und dass insbesondere das Leuchtelement (23) zumindest bei in Hubposition befindlichem Decklagen-Segment (11) aktiviert ist, und dass insbesondere das Leuchtelement (23) an der Unterseite der Funktionsträgerlage (7) angeordnet ist und über einen, in der Funktionsträgerlage (7) ausgebildeten Lichtdurchlass (27) in optischer Verbindung mit der Oberseite der Funktionsträgerlage (7) ist.
  9. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Decklagen-Segment (11) materialeinheitlicher und einstückiger Bestandteil der Decklage (3) ist, und/oder dass das Decklagen-Segment (11) geschlossenflächig in die Decklage (3) eingebunden ist, oder dass das Decklagen-Segment (11) durch einen Freischnitt (14) in einem Decklagen-Grundkörper (16) ausgebildet ist, so dass das Decklagen-Segment (11) klappenartig in den Decklagen-Grundkörper (16) übergeht, so dass in der Hubposition die Decklage (3) über einen Spalt (31) nach außen geöffnet ist.
  10. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklage (3) aus Metall, Kunststoff, Leder oder Textil ausgebildet ist.
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