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Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät. Typischerweise wird das eigentliche Betätigen des Betätigungsteils durch einen oder ein Array von Kraftsensoren detektiert. Dabei ist der Kraftsensor jeweils zwischen dem Betätigungsteil und dem zum Eingabegerät gehörigen Träger angeordnet, um die durch die Betätigung bewirkte Annäherung zwischen dem Betätigungsteil und dem Träger zu detektieren. Dabei verbietet sich meist aufgrund der zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche vorgesehenen Lichtquelle eine direkte Platzierung des Kraftsensors unter jede Betätigungsfläche. Somit ist eine unmittelbare Platzierung des Kraftsensors in den Kraftfluss unter den Einwirkort auf der Betätigungsfläche zugunsten einer genauen, hinsichtlich der einzelnen Betätigungsfläche ortsaufgelösten Betätigungsdetektion unmöglich gemacht. Die ortsaufgelöste Detektion des Betätigungsortes erfolgt meist durch eine kapazitive Berührsensorik, die in das Betätigungsteil unter der Betätigungsfläche integriert ist und zusätzliche Veranlassung für die Verschiebung der Kraftsensorik aus dem Bereich unter dem Einwirkort gibt. Die Verlagerung der Kraftsensorik birgt jedoch die Gefahr einer ungenauen Kraftmessung, da durch die Umlenkung des Kraftfluss und die zusätzlich beteiligten Komponenten zu einer Verfälschung der Kraftmessung führen, was teilweise auf die Scherbelastung der beteiligten Komponenten zurückzuführen ist. Da es bei der Betätigungsdetektion um eine Minimalverlagerung des Betätigungsteils in einem Bereich unter 1 mm und weniger geht, beeinträchtigten die zuvor genannten Probleme die Betätigungskraftdetektion erheblich, so dass die Zuverlässigkeit der Eingabe durch Betätigen einer der Betätigungsflächen nicht gewährleistet ist.
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Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für ein Eingabegerät mit einem Betätigungsteil, welches ein Array von Betätigungsflächen aufweist und hinsichtlich Zuverlässigkeit der Betätigungsflächen bezogenen Betätigungsdetektion verbessert ist und insbesondere kostengünstig und bauraumsparend hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein 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.
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Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät, welches ein ein Array von Betätigungsflächen ausbildendes, im Wesentlichen flächiges Betätigungsteil aufweist. Erfindungsgemäß ist ferner ein Träger zur Festlegung des Eingaberäts an einer tragenden Struktur, wie einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs oder einer Innenverkleidung des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Der Träger ist beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere Thermoplast, Metall oder einer metallischen Legierung, wie Zamak hergestellt. Erfindungsgemäß ist das Betätigungsteil elastisch nachgebend am Träger abgestützt, so dass bei Betätigen des Betätigungsteils und damit Einwirken einer Betätigungskraft auf mindestens einer der Betätigungsflächen eine Verlagerung, beispielsweise Annäherung, zwischen dem Betätigungsteil und dem Träger entgegen einer Rückstellkraft bewirkt wird. Beispielsweise sind Rückstellmittel vorgesehen, die zwischen dem Betätigungsteil und dem Träger angeordnet sind, um die Verlagerung des Betätigungsteils entgegen einer Rückstellkraft gegenüber dem Träger zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß ist mindestens ein Kraftsensor zur Detektion der durch Betätigung bewirkten Verlagerung vorgesehen, der zwischen dem Träger und dem Betätigungsteil angeordnet ist, und das Betätigungsteil mindestens einen Kraftsensorgeber ausbildet, der jeweils mit dem zugehörigen Kraftsensor zusammenwirkt. Bevorzugt handelt es sich um ein Array von Kraftsensoren. Bevorzugter ist die Anzahl der zum Array gehörigen Kraftsensoren geringer als die Anzahl der Betätigungsflächen des Betätigungsteils. In einer einfachen Ausgestaltung handelt es ich sich bei dem Kraftsensor jeweils um elektromechanische Taster. Beispielsweise ist der Kraftsensor jeweils als berührungslos detektierender Sensor, wie ein kapazitiver Kraftsensor ausgebildet, wobei letzterer eine trägerseitige Elektrode und der zugehörige Kraftsensorgeber eine Gegenelektrode aufweist. Durch die Verlagerung von Betätigungsteil und Träger variiert die Kapazität zwischen Elektrode und Gegenelektrode, was detektiert wird. Bevorzugt handelt es sich um einen optischen Sensor mit einer trägerseitigen Lichtquelle und einem Empfänger und einem betätigungsteilseitigen Reflektor, wobei die durch den Empfänger gemessene Lichtintensität mit der Verlagerung variiert.
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Erfindungsgemäß weist das Betätigungsteil einen Schichtaufbau auf. Zu dem Schichtaufbau gehört eine ein- oder mehrschichtigen Blende, die eine dem Bediener zugewandte das Array von Betätigungsflächen beinhaltende Sichtfläche und eine der Sichtfläche gegenüberliegende, dem Bediener abgewandte Rückfläche ausbildet, sowie eine auf einer dem Bediener abgewandten Seite der Blende angeordnete Trägerschicht, die nicht vollflächig sondern lediglich bereichsweise mit der Rückfläche der Blende stoffschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist. Bevorzugt wird die bereichsweise Verbindung durch bereichsweises Verschweißen, beispielsweise durch Heißverstemmen oder bevorzugt durch Ultraschallverschweißen, der Trägerschicht mit der Blende erreicht. Beispielsweise ist die Trägerschicht aus einem Thermoplast ausgebildet.
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Die nicht vollflächige Verbindung ergibt sich u.a. daraus, dass zwischen der Blende und der Trägerschicht mindestens ein im Wesentlichen flächiger Folienaufbau aufgenommen ist, der ein Array von kapazitiven Berührsensoren ausbildet, wobei jeder Betätigungsfläche einer der kapazitiven Berührsensoren zur Detektion einer Berührung der jeweiligen Betätigungsfläche zugeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist jeder Kraftsensorgeber aus Sicht des Bedieners seitlich versetzt zu den Betätigungsflächen angeordnet und ferner unmittelbar mit der Blende stoffschlüssig verbunden. Als seitlicher Versatz wird beispielsweise verstanden, dass der Kraftsensorgeber bei senkrechter Betrachtung auf die Sichtfläche versetzt zum geometrischen Mittelpunkt der Betätigungsfläche liegt. Die Betätigungsfläche bzw. deren geometrischer Mittelpunkt ergibt sich beispielsweise aus einer entsprechenden optischen Markierung, einem Symbol, etc. welches für den Bediener in der Sichtfläche liegt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kraftsensorgeber seitlich versetzt zu einem Durchbruch angeordnet, der in der Trägerschicht zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche vorgesehen ist. Bevorzugt ist der Kraftsensorgeber innerhalb der flächigen Ausdehnung der Blende angeordnet, beispielsweise zwischen zwei benachbarten Betätigungsflächen.
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Dadurch, dass trotz des aus anderen Gründen notwendigen seitlichen Versatzes zur Betätigungsfläche der Kraftsensorgeber unmittelbar an der Blende als dem Einwirkort der Betätigungskraft nächste Komponente des Betätigungsteils festgelegt ist, kann eine hohe Präzision der Kraftdetektion beibehalten werden. Die bei der Kraftübertragung vom Einwirkort zum Sensorgeber auftretenden Verluste aufgrund von elastischer oder gar plastischer Deformation einschließlich mechanischer Hysterese können so minimiert werden.
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Die Blende ist in einer Ausgestaltung mehrschichtig als hinterspritzte Folie ausgebildet. Bevorzugt ist die Folie eine Dekorfolie. Beispielsweise handelt es sich bei der Dekorfolie um eine bedruckte thermoplastische Folie. Beispielsweise ist die Folie aus einem transparenten oder transluzenten Thermoplast ausgebildet. Beispielsweise ist die Bedruckung auf der dem Bediener abgewandten Seite aufgebracht. Das Dekor ist beispielsweise ein Buchstabe, ein Schriftzug oder ein Symbol zur Kennzeichnung der der jeweiligen Betätigungsfläche zugeordneten Schaltfunktion. Beispielsweise wird die Folie mit einem transluzenten oder transparenten, thermoplastischen Material hinterspritzt, welches eine als Lichtleiter fungierende Schicht der Blende ausbildet und sich beispielsweise parallel zu den Betätigungsflächen erstreckt.
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Gemäß einer bevorzugten, kostengünstig herzustellenden Ausgestaltung ist der Kraftsensorgeber jeweils mit der Trägerschicht einstückig ausgebildet.
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Bevorzugt ist der Kraftsensorgeber nicht einstückig mit der Trägerschicht ausgebildet. Dabei weist er bevorzugter einen plattenförmigen Abschnitt auf, der zwischen der Trägerschicht und der Blende festgelegt ist. Meist bevorzugt weist der Kraftsensorgeber einen einen Durchbruch der Trägerschicht durchgreifenden Stößel auf, der in dem plattenförmigen Abschnitt des Kraftsensorgebers fußt. Beispielsweise ist am freien Ende des Stößels die Gegenelektrode für das kapazitive Zusammenwirken mit dem Kraftsensor oder der Reflektor für das optische Zusammenwirken mit den Kraftsensor angeordnet.
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Bevorzugt sind Rast- oder Schnappmittel zur Festlegung des Kraftsensorgebers am Betätigungsteil, beispielsweise an dessen Trägerschicht, vorgesehen, wodurch die Montage erleichtert wird.
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Bevorzugt weist die Trägerschicht wenigstens einen Durchbruch zur Hinterleuchtung der Blende, insbesondere im Bereich der Betätigungsfläche, mit Licht einer am Träger festgelegten Lichtquelle auf, die beispielsweise mit einer am Träger festgelegten Leiterplatte verlötet ist.
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Bevorzugt sind mehrere gemeinsame Verbindungsbereiche zwischen der Blende und der Trägerschicht vorgesehen, in denen die Blende und die Trägerschicht stoffschlüssig verbunden sind, wobei die Verbindungsbereiche über die Rückfläche der Blende verteilt angeordnet sind.
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Bevorzugt sind der Kraftsensorgeber und/oder die Trägerschicht mit der Blende ultraschallverschweißt, um deren stoffschlüssige Verbindung herzustellen. Beispielsweise weisen deren Oberfläche jeweils eine keilförmige Erhebung vor deren wechselseitiger stoffschlüssigen Verbindung auf, die als sogenannter Energierichtungsgeber beim Ultraschallverschweißen dient.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Eingabegeräts in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts;
- 2 eine zugehörige Schnittansicht;
- 3 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts;
- 4 eine Schnittansicht durch noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts.
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Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät 1, welches ein im Wesentlichen flächiges Betätigungsteil 2 aufweist. Das Betätigungsteil 2 weist ein dem Bediener zugewandte Sichtfläche 10 auf, die ein Array von Betätigungsflächen 5 ausbildet. Diese Betätigungsflächen 5 sind beispielsweise optisch durch ein Symbol, ein Schriftzug oder einen Buchstaben gekennzeichnet. Jeder Betätigungsfläche 5 ist beispielsweise eine andere Schaltfunktion zugeordnet. Erfindungsgemäß ist ferner ein Träger 3 zur Festlegung des Eingaberäts 1 an einer tragenden Struktur, wie einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs oder einer Innenverkleidung des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Der Träger 3 ist beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere Thermoplast, Metall oder einer metallischen Legierung, wie Zamak hergestellt. Erfindungsgemäß ist das Betätigungsteil 2 elastisch nachgebend am Träger 3 abgestützt, so dass bei Betätigen des Betätigungsteils 2 und damit Einwirken einer Betätigungskraft auf mindestens einer der Betätigungsflächen 5 eine Verlagerung, beispielsweise Annäherung, zwischen dem Betätigungsteil 2 und dem Träger 3 entgegen einer Rückstellkraft bewirkt wird. Dazu sind die in den 2 bis 4 gezeigten Rückstellmittel 8 vorgesehen, die zwischen dem Betätigungsteil 2 und dem Träger 3 angeordnet sind, um die Verlagerung des Betätigungsteils 2 entgegen einer Rückstellkraft gegenüber dem Träger 3 zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß sind mehrere Kraftsensoren 6 zur Detektion der durch Betätigung bewirkten Verlagerung vorgesehen, die zwischen dem Träger 3 und dem Betätigungsteil 2 angeordnet sind. Das Betätigungsteil 2 bildet dabei mehrere, jeweils aufgrund des wechselseitigen Zusammenwirkens zu einem Kraftsensor 6 zugehörige Kraftsensorgeber 4 aus. Es handelt sich somit um ein Array von trägerseitigen Kraftsensoren 6 und ein zugehöriges Array von betätigungsteilseitigen Kraftsensorgebern 4. Dabei ist die Anzahl der zum Array gehörigen Kraftsensoren 6 geringer als die Anzahl der Betätigungsflächen 5 des Betätigungsteils 2. Bei den in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen handelt es sich jeweils um berührungslos detektierende Kraftsensoren 6, insbesondere optische Kraftsensoren mit einer trägerseitigen Lichtquelle und einem Empfänger und einem betätigungsteilseitigen Reflektor, wobei die durch den Empfänger gemessene Lichtintensität mit der Verlagerung zwischen Träger 3 und Betätigungsteil 2 variiert.
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Wie aus den 1 bis 4 ersichtlich, weist das Betätigungsteil 2 einen Schichtaufbau auf. Zu dem Schichtaufbau gehört eine zweischichtige Blende 2a, 2b, die die dem Bediener zugewandte, das Array von Betätigungsflächen 5 beinhaltende Sichtfläche 10 und eine der Sichtfläche 10 gegenüberliegende, dem Bediener abgewandte Rückfläche 12 ausbildet. Der Schichtaufbau umfasst ferner eine auf der dem Bediener abgewandten Seite der Blende 2a, 2b angeordnete Trägerschicht 2c, die nicht vollflächig sondern lediglich bereichsweise mit der Rückfläche 12 der Blende 2a, 2b stoffschlüssig verbunden ist. Bei der gezeigten Ausführungsform wird die bereichsweise Verbindung im Verbindungsbereich 2f durch bereichsweises Ultraschallverschweißen der Trägerschicht 2c mit der Blende 2a, 2b, hier der Schicht 2b der Blende 2a, 2b erreicht. Die Trägerschicht 2c ist beispielsweise ein Formling, der aus einem Thermoplast ausgebildet ist.
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Die Blende 2a, 2b ist in den gezeigten Ausgestaltungen als hinterspritzte Folie 2a ausgebildet, wobei die Folie 2a eine Dekorfolie. Beispielsweise handelt es sich bei der Dekorfolie um eine bedruckte thermoplastische Folie. Beispielsweise ist die Folie aus einem transparenten oder transluzenten Thermoplast ausgebildet. Beispielsweise ist die Bedruckung auf der dem Bediener abgewandten Seite aufgebracht. Das Dekor ist beispielsweise ein Buchstabe, ein Schriftzug oder ein Symbol zur Kennzeichnung der der jeweiligen Betätigungsfläche 5 zugeordneten Schaltfunktion. Beispielsweise wird die Folie mit einem transluzenten oder transparenten, thermoplastischen Material hinterspritzt, welches eine als Lichtleiter fungierende Schicht 2b der Blende 2a, 2b ausbildet und sich beispielsweise im Wesentlichen parallel zu den Betätigungsflächen 5 erstreckt.
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Die Trägerschicht 2c ist bei den gezeigten Ausführungsformen mit der Blende 2a, 2b ultraschallverschweißt, um deren stoffschlüssige Verbindung herzustellen. Dazu weist die Oberfläche der Trägerschicht 2c an entsprechender Stelle jeweils eine keilförmige Erhebung vor deren wechselseitiger stoffschlüssiger Verbindung auf, die als sogenannter Energierichtungsgeber beim Ultraschallverschweißen dient.
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Die nicht vollflächige Verbindung ergibt sich u.a. daraus, dass zwischen der Blende 2a, 2b und der Trägerschicht 2c ein im Wesentlichen flächiger Folienaufbau 2d aufgenommen ist, der ein Array von kapazitiven Berührsensoren ausbildet, wobei jeder Betätigungsfläche 5 einer der kapazitiven Berührsensoren zur Detektion einer Berührung der jeweiligen Betätigungsfläche 5 zugeordnet ist.
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Bei den in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen weist der Kraftsensorgeber 4 jeweils einen in Richtung des Kraftsensors 6 vorstehenden Stößel auf, an dessen freien Ende die Gegenelektrode für das kapazitive Zusammenwirken mit dem Kraftsensor 6 oder der Reflektor für das optische Zusammenwirken mit den Kraftsensor 6 angeordnet ist. Zur optischen oder elektromagnetischen Isolierung kann der Kraftsensor 6 und der Kraftsensorgeber 4 jeweils von einem elastisch verformbaren Abschirmelement 9 umgeben sein.
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Dabei ist jeder Kraftsensorgeber 4 aus Sicht des Bedieners seitlich versetzt zu den Betätigungsflächen 5 angeordnet und dabei mit der Blende 2a, 2b unmittelbar stoffschlüssig verbunden. Als seitlicher Versatz wird beispielsweise verstanden, dass der Kraftsensorgeber 4 bei senkrechter Betrachtung auf die Sichtfläche 10 versetzt zum geometrischen Mittelpunkt der Betätigungsfläche 5 liegt. Die Betätigungsfläche 5 bzw. deren geometrischer Mittelpunkt ergibt sich beispielsweise aus einer entsprechenden optischen Markierung, einem Symbol, etc. welches für den Bediener in der Sichtfläche 10 liegt. Bei den gezeigten Ausführungsform ist der Kraftsensorgeber 4 seitlich versetzt zu einem Durchbruch 2g angeordnet, der in der Trägerschicht 2c zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche 5 vorgesehen ist. Die Hinterleuchtung der Blende 2a, 2b, insbesondere im jeweiligen Bereich der Betätigungsfläche 5, erfolgt jeweils mit Licht einer am Träger 3 festgelegten Lichtquelle7, die mit einer am Träger 3 festgelegten Leiterplatte 8 verlötet ist.
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Dadurch, dass trotz des aus anderen Gründen notwendigen seitlichen Versatzes zur Betätigungsfläche 5 der Kraftsensorgeber 4 unmittelbar an der Blende 2a, 2b als dem Einwirkort der Betätigungskraft nächste Komponente des Betätigungsteils 2 festgelegt ist, kann eine hohe Präzision der Kraftdetektion beibehalten werden. Die bei der Kraftübertragung vom Einwirkort zum Kraftsensorgeber 4 auftretenden Verluste aufgrund von elastischer oder gar plastischer Deformation einschließlich mechanischer Hysterese können so minimiert werden.
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Bei der in 2 gezeigten, kostengünstig herzustellenden Ausgestaltung ist der Kraftsensorgeber 4 jeweils mit der Trägerschicht 2c einstückig ausgebildet.
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Bei den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen ist der Kraftsensorgeber 4 nicht einstückig mit der Trägerschicht 2c sondern als separates Teil ausgebildet. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform weist er bevorzugter einen plattenförmigen Abschnitt auf, der zwischen der Trägerschicht 2c und der Blende 2a, 2b festgelegt ist. Dazu durchgreift der in dem plattenförmigen Abschnitt fußende Stößel des Kraftsensorgebers 4 jeweils einen zugehörigen Durchbruch der Trägerschicht 2c.
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Ferner sind Rast- oder Schnappmittel 11 zur Festlegung des Kraftsensorgebers 4 am Betätigungsteil 2, hier an dessen Trägerschicht 2c, vorgesehen, wodurch die Montage erleichtert wird.
