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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement für eine Bedieneinrichtung mit einer Detektionseinheit, die auf dem Zusammenwirken eines Hallsensors mit mindestens einem Magnet beruht, sowie die Verwendung eines solchen Bedienelementes. Die Detektionseinheit erfasst anhand von Betätigungsgeschwindigkeit, Betätigungsdauer und/oder eines Abstands zwischen dem Hallsensor und dem mindestens einen Magnet eine Betätigung des Bedienelementes und dieses stellt ein korrespondierendes haptisches Feedback bereit. Eine Rückstelleinrichtung stellt das Bedienelement in seine Ausgangsposition zurück. Das erfindungsgemäße Bedienelement lässt sich in Drehdrückreglern, Buttons und/oder Schiebereglern verwenden.
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In Fahrzeugen, bei der Bedienung elektrischer Geräte und Anlagen, sowie bei der Steuerung von Gebäudefunktionen wird die Anzahl der verfügbaren beziehungsweise zu steuernden Funktionen immer höher. Um eine Steuerung handhabbar zu gestalten und die Anzahl von Schaltern, Knöpfen und dergleichen zu reduzieren, geht die Entwicklung zunehmend hin zu Multifunktionsschaltern, bei denen mehrere Funktionen mit nur einer Bedieneinheit gesteuert werden können. Bekanntes Beispiel ist der Drehdrücksteller von Fahrzeugen, bei dem mittels Rotieren, Drücken und Kippen des Drehstellers Menüs in verschiedenen Hierarchien ausgewählt und innerhalb dieser Funktionen gesteuert werden können. Eine solche Zusammenlegung von Funktionen auf eine Bedieneinrichtung spart zudem Platz und Kosten.
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Damit die Bedienung derart multifunktionaler Bedieneinrichtungen für einen Benutzer intuitiv ist, wird haptisches Feedback bereitgestellt. Die kann beispielsweise mittels elektronischhaptischen Feedbackgebern wie Piezoelementen, Silikonmuskeln, Unwuchtmotoren oder Spulen, Federmechaniken und/oder Knackscheiben erfolgen und signalisiert dem Benutzer durch unterschiedliche haptische Eindrücke an der Oberfläche der Bedieneinrichtung, dass und gegebenenfalls wie er die Bedieneinrichtung betätigt hat.
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Der Nachteil der bekannten Lösungen liegt darin, dass sie nur in einem begrenztem Rahmen funktionieren. So kann unter anderem nur eine begrenzte bauliche Höhe ausgeglichen werden oder nur ein begrenzter Kraftausgleich geschaffen werden. Zwar lässt sich ein Höhenausgleich durch Hebelmechaniken anpassen, jedoch verändern sich dabei die notwendigen beziehungsweise zulässigen Kräfte. Zudem sind die genannten technischen Lösungen verschleißanfällig, sodass sie nur eine begrenzte Lebensdauer haben.
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Daher liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Bedieneinrichtung oder zumindest ein Bedienelement vorzuschlagen, das die Nachteile des Standes der Technik ausräumt. Das Bedienelement soll also möglichst verschleißfrei oder zumindest verschleißarm genutzt werden können und vorzugsweise eine flexible Nutzung erlauben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einem Bedienelement nach Anspruch 1 und einer Verwendung nach Anspruch 10. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Ein erfindungsgemäßes Bedienelement ist für eine Bedieneinrichtung vorgesehen und gebildet mit einer Detektionseinrichtung, die einen Hallsensor und mindestens einen Magnet aufweist, die in Betätigungsrichtung des Bedienelementes zusammenwirken und anhand einer Betätigungsgeschwindigkeit, Betätigungsdauer und/oder eines Abstandes zwischen dem mindestens einen Magnet und Hallsensor eine Betätigung des Bedienelementes erfasst, einer Einrichtung zur Bereitstellung eines mit der erfassten Betätigung korrespondierenden haptischen Feedbacks, und einer Rückstelleinrichtung zum Rückstellen des Bedienelementes in seine Ausgangsposition.
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Das erfindungsgemäße Bedienelement kann also Teil einer Bedieneinrichtung jeglicher Art sein oder eine solche bilden. Als Bedieneinrichtung ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, mit der ein Benutzer Funktionseinheiten wie eine Heizung oder eine Musikabspieleinrichtung steuern kann, beispielsweise um in einem Fahrzeug eine Innenraumtemperatur oder eine Lautstärke von abgespielter Musik anzupassen, ebenso wie eine Raumklimatisierung in einem Gebäude. Das vorgeschlagene Bedienelement ist dabei wahlweise das einzige oder eines von mehreren Bedienelementen der Bedieneinrichtung, die für eine derartige Steuerung genutzt werden kann.
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Damit die Eingaben per Bedienelement an die zu steuernden Funktionseinheiten übermittelt werden können, ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die die Betätigung des oder der Bedienelemente der Bedieneinrichtung auswertet und in entsprechende Steuersignale umwandelt. Diese Steuereinrichtung kann eigens in der Bedieneinrichtung vorgesehen sein oder mit dieser zusammenwirken.
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Das Bedienelement kann als Taste beziehungsweise Knopf (Button), als Schieberegler, Drehschalter oder Drehdrücksteller ausgebildet sein. Dabei weist das Bedienelement zur Verwirklichung der Betätigung jeweils ein feststehendes Element und ein relativ dazu in Betätigungsrichtung und entgegen dazu zu bewegendes Element auf. Das Bedienelement weist ferner eine Detektionseinrichtung und eine Einrichtung zur Bereitstellung eines haptischen Feedbacks auf.
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Die Detektionseinrichtung ist mit einem Hallsensor und mindestens einem Magnet gebildet. Bei einer Ausbildung des Bedienelementes als Taste, die zur Betätigung gedrückt wird, oder bei einer Ausbildung als Schieberegler ist in der Regel ein Magnet ausreichend. Je nach konkreter Ausgestaltung können aber weitere Magnete für die Detektionseinrichtung vorgesehen sein. Bei einer Ausbildung als Drehschalter sollten mehrere Magnete vorgesehen werden, um die Drehstellung des Drehschalters erkennen zu können. Optional können mehrere Magnete in verschiedenen Anordnungsmustern vorgesehen sein, wobei das Anordnungsmuster eine Codierung für die Position des Bedienelementes bildet. Dies eignet sich insbesondere bei drehbaren Bedienelementen.
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Der Hallsensor und der mindestens eine Magnet wirken in Betätigungsrichtung zusammen. Bei einem Schieberegler entspricht die Betätigungsrichtung der Richtung, in die der Schieber bewegt werden soll. Gleiches gilt für eine Taste, hier entspricht die Betätigungsrichtung der Druckrichtung beim Betätigen. Bei einem Drehschalter ist die Betätigungsrichtung die Rotation des Drehschalters.
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Der Hallsensor ist in dem Bedienelement so angeordnet, dass er die Annäherung des mindestens einen Magneten in Form einer Beeinflussung seiner Feldstärke erfasst, sobald sich dieser entlang der Betätigungsrichtung annähert oder durch ein späteres Rückstellen entfernt. Vorzugsweise ist der mindestens eine Magnet dabei an einem bei Betätigung in Betätigungsrichtung zu bewegenden Element des Bedienelementes angeordnet und der Hallsensor an einem feststehenden Element des Bedienelementes.
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Die Erfassung der Annäherung des mindestens einen Magneten gilt hier als Zusammenwirken von Hallsensor und mindestens einem Magnet. Dabei wird auch erfasst, mit welcher Geschwindigkeit sich der mindestens eine Magnet dem Hallsensor annähert (Betätigungsgeschwindigkeit), wie lange er die Feldstärke des Hallsensors beeinflusst (Betätigungsdauer) und/oder in welchem Abstand vom Hallsensor der mindestens eine Magnet positioniert ist.
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Diese detektierten Informationen charakterisieren in Art und Maß die Betätigung des Bedienelementes und werden an die bereits erwähnte Steuereinrichtung übermittelt, die sie der zu steuernden Funktion zuordnet und in Steuersignale zu deren Beeinflussung umsetzt.
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So kann ein schnelles Annähern des mindestens einen Magneten beispielsweise eine Auswahl in einem Auswahlmenü oder eine Anpassung einer zu steuernden Funktion um eine Einheit bedeuten. Im Fall einer Temperaturregelung also eine Anpassung um ein Grad nach oben oder nach unten. Ein Gedrückthalten einer Taste führt zu einem Verbleib des mindestens einen Magneten in einer Position relativ zu dem Hallsensor, und anhand der Verweildauer kann ebenfalls eine Anpassung oder Beeinflussung eines Auswahlparameters erfolgen. Beispielhaft sei die Anpassung der Lautstärke von abgespielter Musik genannt, wo ein Gedrückthalten des Bedienelementes eine kontinuierliche Anpassung nach oben oder unten bedeuten kann. Gleiches kann auch eine Anpassung einer Lichtfarbe bewirken, wenn das Bedienelement dafür vorgesehen ist.
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Weiterhin können Kombinationen aus Betätigungsgeschwindigkeit, Betätigungsdauer und/oder eines Abstandes zwischen dem mindestens einen Magnet und Hallsensor in ihrer Gesamtheit als Bedienfolge definiert werden. Dabei kann zudem eine Betätigungshäufigkeit des Bedienelementes in die Bedienfolge einbezogen werden. Bedienfolgen können beispielsweise zwei lang und anschließend zwei kurz gedrückt gehaltene Betätigungen umfassen. Sie können auch Geschwindigkeitsabfolgen beinhalten, also beispielsweise bei einem ausreichend langen Hub des Betätigungselementes erst einen Abschnitt mit einer schnellen Betätigung und in einem zweiten Abschnitt dann mit einer langsamen Betätigung (oder umgekehrt). Damit ein Benutzer eine Rückmeldung über das Betätigen des Bedienelementes erhält, ist eine Einrichtung zur Bereitstellung von haptischem Feedback vorgesehen. Hier können bekannte Feedbackmechaniken, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden. Als Beispiele seien Piezoelemente, Silikonmuskeln, Unwuchtmotoren, Spulen, Federmechaniken und/oder Knackscheiben genannt. Sie werden in Folge der erfassten Betätigung des Bedienelementes angesteuert und stellen das korrespondierende haptische Feedback bereit. Ein solches haptisches Feedback kann zum Beispiel eine kurze Vibration sein, die angibt, dass die Betätigung erfolgt ist.
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Schließlich weist das Bedienelement eine Rückstelleinrichtung auf, die es in seine Ausgangsposition zurück bewegt, wenn die Bedienhandlung abgeschlossen ist, sodass dieses erneut betätigt werden kann. Rückstelleinrichtungen können beispielsweise mit einer Rückstellfeder, einem als Gegenpol wirkenden Magnet, komprimierter Luft oder mit einer anderen geeigneten Einrichtung gebildet sein beziehungsweise wirken.
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Mit dem so ausgebildeten Bedienelement kann dessen Betätigung verschleißarm und in Echtzeit erfasst werden. Welche Funktion mit dem Bedienelement gesteuert beziehungsweise angepasst werden soll, kann optional verändert beziehungsweise eingestellt werden. Das Bedienelement kann auch so mit der Steuereinrichtung gekoppelt sein, dass eine erste Betätigung oder Betätigungsabfolge eine zu steuernden Funktion auswählt und eine zweite Betätigung oder Betätigungsabfolge die ausgewählte Funktion beeinflusst beziehungsweise anpasst.
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In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des Bedienelementes ist die Einrichtung zur Bereitstellung eines haptischen Feedbacks mit einem Magnetkern und einer ihn magnetisierenden Spule und einem weiteren Magnet gebildet. Das haptische Feedback soll also auf elektromagnetische Weise bereitgestellt werden.
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Dazu ist ein Magnetkern und eine ihn magnetisierende Spule vorgesehen, sowie ein weiterer Magnet, der jedoch nicht mit dem Hallsensor der Detektionseinrichtung zusammenwirkt. Vorzugsweise sind Magnetkern und Spule an dem feststehenden Element des Bedienelementes angeordnet und der weitere Magnet an dem sich bei Betätigung in Betätigungsrichtung bewegenden Element des Bedienelementes. Eine umgekehrte Anordnung soll jedoch explizit nicht ausgeschlossen werden.
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Wird nun der Magnetkern durch die Spule magnetisiert, kann durch einen schnellen Spannungswechsel eine Umkehrung des Magnetfeldes bewirkt werden und damit das haptische Feedback von oder in Form von Knackscheiben, Vibrationen und dergleichen nachgebildet werden.
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Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bedienelementes wird ein nahezu verschleißfreies Bedienelement bereitgestellt. Je nach Ansteuerung der Spule kann Art und Maß des haptischen Feedbacks individuell eingestellt werden, sodass je nach zu steuernder Funktion und Betätigung verschiedene Arten von Feedback und/oder Intensitäten von Feedback bereitgestellt werden können.
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Vorzugsweise kann die Einrichtung zur Bereitstellung eines haptischen Feedbacks einen Stellmotor aufweisen, der eingerichtet ist, den Magnetkern in und entgegen der Betätigungsrichtung des Bedienelementes zu verschieben. Der Stellmotor befindet sich also derart mit dem Magnetkern in Eingriff, dass er diesen in Betätigungsrichtung des Bedienelementes beziehungsweise entgegen der Betätigungsrichtung verschieben kann. Die Spule ist dabei so ausgebildet und angeordnet, dass die Magnetisierung des Magnetkerns stets gewährleistet ist.
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Durch die Bewegung des Magnetkerns wird dieser dem weiteren Magneten angenähert oder entfernt sich von diesem. Infolge der wirkenden Magnetkräfte kann damit die Position des weiteren Magneten beeinflusst werden. Bei Annäherung des Magnetkerns und entsprechender Ausrichtung des Magnetfeldes wird dieser abgestoßen. Ist das bewegliche Element mit ausreichend Bewegungsspielraum in Bewegungsrichtung ausgebildet, wird dieses mit dem weiteren Magneten von dem Magnetkern abgestoßen und der verfügbare Bewegungsweg des beweglichen Elementes des Bedienelementes vergrößert. Das bewegliche Element des Bedienelementes wird also entgegen der Betätigungsrichtung verschoben, bei einer Taste also der Tastenhub vergrößert. Bei Umkehrung der Magnetisierung kann der Hub beziehungsweise der Bewegungsweg des beweglichen Elementes des Bedienelementes reduziert werden.
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Die Wirkung der Verschiebung des Magnetkerns kann aber auch dazu genutzt werden, einen höheren Gegendruck beim Betätigen des Bedienelementes bereitzustellen, wenn das bewegliche Element über keinen Bewegungsspielraum zur Bereitstellung eines größeren Bewegungsweges verfügt.
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In einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bedienelementes weist dieses eine Stelleinrichtung zur Bereitstellung eines definierten Bewegungsweges des Bedienelementes auf. Diese soll in Abgrenzung zur vorherigen Ausgestaltung als separate, eigenständige Stelleinrichtung verstanden werden, die für die Bereitstellung eines definierten Bewegungsweges vorgesehen ist. Eine solche Stelleinrichtung kann vorzugsweise mit einer Stellschraube und einem Stellmotor ausgebildet sein. Mittels der Stelleinrichtung wird die Position des beweglichen Elementes des Bedienelements in Relation zu dem feststehenden Element in oder entgegen der Betätigungsrichtung bewegt, um den verfügbaren Bewegungsweg zu verkleinern oder zu vergrößern. Wie zuvor schon beispielhaft benannt, entspricht der Bewegungsweg bei einer Taste deren Hub.
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Damit kann ein definierter Bewegungsweg für die Betätigung des Bedienelementes bereitgestellt werden. Dies kann vorteilhaft sein, um die Bedienhandlung und die Wahrnehmung der Bedienhandlung durch den Benutzer anzupassen. So reicht für eine kurze Auswahl einer Funktion ein kurzer Bewegungsweg aus, um dem Benutzer zu vermitteln, dass das Bedienelement betätigt wurde. Bei anderen Funktionen oder optional infolge persönlicher Präferenzen des Benutzers kann ein größerer Bewegungsweg wünschenswert sein.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in Abhängigkeit von einem verfügbaren Bewegungsweg des Bedienelementes, der Betätigungsgeschwindigkeit, Betätigungsdauer und/oder dem Abstand zwischen Magnet und Hallsensor in Betätigungsrichtung des Bedienelementes mindestens zwei Betätigungsreferenzpunkte in Betätigungsrichtung ausgebildet sind. Ziel dieser Ausgestaltung ist es, auch in Betätigungsrichtung des Bedienelementes an verschiedenen Positionen Funktionsanpassungen, eine Auswahl einer Funktion und/oder das Auslösen beziehungsweise Anpassen eines haptischen Feedbacks zu verwirklichen. In Betätigungsrichtung kann damit eine mehrfache Funktionalität des Bedienelementes bereitgestellt werden.
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Um dies zu erreichen, sollen mindestens zwei Betätigungsreferenzpunkte des Bedienelementes bereitgestellt werden. Dies sollen vorab definierte Relativpositionen zwischen Hallsensor und mindestens einem Magnet der Detektionseinrichtung sein, bei deren Erreichen eine Reaktion ausgelöst wird. Detektiert also die Detektionseinrichtung das Erreichen einer solchen Relativposition, also eines solchen Betätigungsreferenzpunktes, wird dies mittels der Steuereinrichtung in die korrespondierende Aktion, wie eine Auswahl einer Funktion, eine Anpassung eines Funktionsparameters oder ein Auslösen beziehungsweise Anpassen eines haptischen Feedbacks, umgesetzt. So kann bei Erreichen eines ersten Betätigungsreferenzpunktes ein haptisches Feedback in Form einer kurzen, leichten Vibration erfolgen und bei anhaltender Betätigung des Bedienelementes und damit Erreichen eines zweiten Betätigungsreferenzpunktes eine intensivere Vibration bereitgestellt werden, um die Betätigung zu bestätigen oder beispielweise einen Anschlag des Bedienelementes in seiner Maximalposition zu signalisieren.
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Dafür sollte der Bewegungsweg des Bedienelementes wahlweise ausreichend groß sein oder ausreichend groß eingestellt werden können, damit die Detektionseinrichtung je nach Detektionsgenauigkeit mehrere definierte Relativpositionen zwischen Hallsensor und dem mindestens einem Magnet erfassen kann. Die Betätigungsreferenzpunkte werden dann in Abhängigkeit des verfügbaren Bewegungsweges in Form von Längenverhältnissen definiert, beispielsweise als Drittelspunkte des verfügbaren Bewegungsweges.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Bereitstellung der mindestens zwei Betätigungsreferenzpunkte in Form absoluter Abstände zwischen dem Hallsensor und dem mindestens einen Magnet der Detektionseinrichtung definiert werden.
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Auch die Betätigungsgeschwindigkeit und/oder die Betätigungsdauer kann relevant für die Bereitstellung der Betätigungsreferenzpunkte sein. So kann vorgesehen sein, dass bei einer ausreichend langsamen Betätigung des Bedienelementes mehrere dieser Betätigungsreferenzpunkte bereitgestellt werden und bei einer hohen Betätigungsgeschwindigkeit nicht. Vergleichbar damit können bei einer höheren Betätigungsdauer des Bedienelementes mehrere dieser Betätigungsreferenzpunkte bereitgestellt werden und keine bei einer kurzen Betätigungsdauer. Eine kurze Betätigung könnte dabei der Auswahl eines Menüs oder Untermenüs entsprechen und eine längere Betätigung einer Anpassung eines Funktionsparameters.
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Das Bedienelement kann auch derart weitergebildet sein, dass die Rückstelleinrichtung bezüglich ihrer Rückstellkraft einstellbar ist und/oder das Bedienelemente mittels der Rückstelleinrichtung von einer Bedienposition in eine Ruheposition und umgekehrt zu bewegen ist. Die Rückstelleinrichtung ist vorrangig dafür vorgesehen, das Bedienelement in seine Ausgangsposition zurückzustellen, also die Position, die es vor der Betätigung hatte. Gemäß der Weiterbildung soll deren Rückstellkraft einstellbar sein.
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Bei einer Ausbildung mit einer Rückstellfeder kann durch eine Beeinflussung der Federspannkraft, beispielsweise mittels Schieber oder Stellmotor beziehungsweise die Beeinflussung der Federlänge deren Federkraft eingestellt werden. Durch die angepasste Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung kann die Geschwindigkeit der Rückstellung beeinflusst werden. Gleichzeitig kann damit aber auch ein für den Benutzer spürbarer Widerstand beim Betätigen des Bedienelementes bereitgestellt werden, sodass er das Bedienelement mit einem definierten Kraftaufwand betätigen muss. Versehentliche Betätigungen bei zufälliger Berührung können so verhindert werden. Auch kann ein erhöhter Betätigungswiderstand eine persönliche Präferenz eines Benutzers sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann mittels der Rückstelleinrichtung eine Bewegung von einer Bedienposition des Bedienelementes in eine Ruheposition des Bedienelementes verwirklicht werden. Die Bedienposition entspricht dabei der Ausgangsposition bei der Betätigung des Bedienelementes. Eine Ruheposition soll eine Position des Bedienelementes sein, in der es verbleibt, wenn es nicht benutzt wird oder benutzt werden soll. Dies kann insbesondere eine versenkte Position sein, bei der Oberfläche des Bedienelementes im Wesentlichen bündig mit einer umgebenden Oberfläche ausgerichtet ist.
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Die Rückstelleinrichtung soll nun also so ausgebildet sein, dass sie das Bedienelement zwischen den beiden genannten Positionen bewegen kann. Dies kann unter anderem auch mittels der Einstellung der Rückstellkraft erfolgen. Dies gilt vor allem dann, wenn das Bedienelement zusätzlich in einer optionalen Ausgestaltung mit einer flexiblen Oberflächenabdeckung, wie beispielsweise einem textilen Material, überspannt ist, das auch die umgebende Fläche bedeckt und so zu einer optischen Einheitlichkeit führt. Ist das Bedienelement in seiner Ruheposition, ist es versenkt und die flexible Oberflächenabdeckung deckt es und die umgebende Fläche gleichmäßig und ohne Erhebungen ab. Dieses Verhalten wird auch als Morphing bezeichnet. Soll das Bedienelement in seine Bedienposition bewegt werden, kann beispielsweise die Rückstellkraft einer Rückstellfeder vergrößert werden, sodass die Gegenkraft der flexiblen Oberflächenabdeckung ausgeglichen wird und das Bedienelement aus dem Flächenniveau herausgehoben und sichtbar, und damit auch bedienbar wird.
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Eine vergleichbare Wirkung kann auch durch die Einrichtung zur Bereitstellung des haptischen Feedbacks in ihrer Ausgestaltung mit einem Magnetkern, einer Spule sowie einem weiteren Magnet im Zusammenwirken mit dem Stellmotor oder eine geeignete Weiterbildung der Stelleinrichtung zur Bereitstellung eines definierten Bewegungsweges erzeugt werden.
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Das Bedienelement kann ferner eine berührungssensitive Oberfläche, eine Dämpfereinrichtung, eine Anzeigeeinrichtung und/oder eine flexible Oberflächenabdeckung aufweisen.
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Eine berührungssensitive Oberfläche ist eine Oberfläche, die eine Berührung durch einen Benutzer erfasst. Dies kann mittels einer Beschichtung oder Folie („Touch-Folie“) und eine Kopplung mit der Steuereinrichtung erreicht werden. Auf diese Weise kann eine weitere Ebene zur Betätigung geschaffen werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Bedienelement zur Steuerung mehrere Funktionen vorgesehen ist, die durch ein Überstreichen der berührungssensitiven Oberfläche, Berühren mit (nur) leichtem Druck oder kurzes Tippen umgeschalten beziehungsweise gewechselt werden können. Die Anpassung der Funktionsparameter der damit ausgewählten Position erfolgt dann wie vorstehend erläutert durch Betätigen des Bedienelementes und die Detektion des Zusammenwirkens von Hallsensor und mindestens einem Magnet. Eine weitere mögliche Folge einer ausgewählten zu steuernden Funktion kann auch eine Variation in Art und Maß des haptischen Feedbacks sein.
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Eine Dämpfereinrichtung in dem Bedienelement soll dazu eingerichtet sein, Schall und/oder Stoß beim Betätigen des Bedienelementes zu mindern, sodass der Benutzer, wenn er das Bedienelement zum Anschlag bringt oder einfach nur kräftig betätigt, keinen unangenehmen Stoß verspürt beziehungsweise dass die Betätigung des Bedienelementes geräuscharm erfolgen kann.
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Eine Anzeigeeinrichtung soll ermöglichen, dass keine dauerhafte oder gar statische Beschriftung auf dem Bedienelement erfolgen muss, die seiner flexiblen Nutzung widerspricht. Stattdessen soll eine Anzeigeeinrichtung jeweils die zu steuernde Funktion und optional die zu steuernden Funktionsparameter anzeigen. Für die Anzeigeeinrichtung können an sich bekannte Einrichtungen verwendet werden.
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Eine flexible Oberflächenabdeckung wurde bereits zuvor in Verbindung mit einer Verstellung des Bedienelementes mittels der Rückstelleinrichtung angedeutet. Eine flexible Oberflächenabdeckung kann ein textiles Material, ein flexibler Kunststoff oder dergleichen sein, die das Bedienelement bedeckt oder überzieht und so sein Erscheinungsbild und die haptische Wahrnehmung des Bedienelementes bei der Benutzung beeinflusst. Dabei kann die flexible Oberflächenabdeckung sich nur über das Bedienelement erstrecken, oder auch über seine Umgebung, sodass, wie zuvor schon ausgeführt, ein Bedienelement nur sichtbar und greifbar wird, wenn es in seine Bedienposition bewegt wird und dabei die Gegenkraft der flexiblen Oberflächenabdeckung überwindet.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bedienelementes weist dieses zusätzliche Magnete auf, die so angeordnet und ausgerichtet sind, dass sie die Bewegungsrichtung des Bedienelementes beeinflussen. Diese zusätzlichen Magnete entsprechen weder dem mindestens einen Magnet der Detektionseinrichtung, noch dem weiteren Magnet, der mit dem Magnetkern und einer ihn magnetisierenden Spule das haptische Feedback bereitstellt. Diese zusätzlichen Magnete dienen allein der Ausrichtung und Führung des Bedienelementes während seiner Bewegung, sodass andere Führungselemente, wie Führungsrippen entbehrlich sind, und eine reibungsarme oder reibungsfreie Führung des Bedienelementes ermöglicht wird. Die Beeinflussung der Bewegungsrichtung des Bedienelementes wird also beeinflusst und insbesondere begrenzt.
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Der Flexibilität des erfindungsgemäßen Bedienelementes wird besonders Rechnung getragen, wenn die Intensität, die Art und/oder die Dauer des Feedbacks und/oder der verfügbare Bewegungsweg des Bedienelementes einstellbar sind. Wie bereits erläutert, kann je nach konkreter Ausgestaltung der Einrichtung zur Bereitstellung des haptischen Feedbacks angepasst werden, beispielsweise an die ausgewählte Funktion oder die zu steuernden Funktionsparameter.
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Zusätzlich soll in dieser Ausgestaltung individuell, situationsabhängig und/oder personenabhängig, Art, Intensität und/oder Dauer des haptischen Feedbacks und/oder der verfügbare Bewegungsweg des Bedienelementes einzustellen sein.
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Zur Verdeutlichung soll angenommen werden, dass das Bedienelement in einem Fahrzeug vorgesehen ist, das von mehreren Personen genutzt wird. Eine personenabhängige Anpassung von Art, Intensität und/oder Dauer des haptischen Feedbacks und/oder des verfügbaren Bewegungsweges des Bedienelementes könnte jedem Benutzer das haptische Feedback und/oder den Bewegungsweg bereitstellen, dass er bevorzugt, beispielsweise um bei empfindlicheren Personen ein schwächeres Feedback bereitzustellen als bei anderen. Auch kann persönlichen Präferenzen entgegengekommen werden, wenn zum Beispiel ein Benutzer eine Vibration als haptisches Feedback bevorzugt und eine andere das Gefühl einer Knackscheibe oder aber eine höheren Tastenhub statt eines kurzen Tastenhubes.
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Die persönlichen Vorlieben und Präferenzen könnten über die in heutigen Fahrzeugen übliche Anzeige- und Eingabeeinrichtung des Fahrzeugs eingestellt und dann mittels der Steuereinrichtung bei Betätigung des Bedienelementes umgesetzt werden. Welcher Benutzer das Fahrzeug gerade nutzt und damit sehr wahrscheinlich auch das Bedienelement, lässt sich durch die bekannten Lösungen zur Erkennung eines Fahrzeugnutzers, wie beispielsweise Erkennung anhand eines Transponders im Fahrzeugschlüssel oder die Innenraumüberwachung des Fahrzeugs erkennen.
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Neben personenbezogenen Vorlieben können auch die Umgebungsbedingungen verschiedene Arten, Intensitäten und/oder Dauern von haptischem Feedback und/oder der verfügbarem Bewegungsweg wünschenswert machen. Am vorgenannten Beispiel eines Bedienelementes in einem Fahrzeug kann bei einer Fahrt auf ausgebauten Straßen ein geringeres haptisches Feedback mit kurzer Dauer ausreichen, damit der Benutzer es wahrnimmt. Auch wäre ein kurzer Bewegungsweg des Bedienelementes ausreichend, da bei guten Straßenverhältnissen eine sensible Betätigung des Bedienelementes sehr wahrscheinlich möglich ist. Bei einer Fahrt durch unebenes Gelände oder über schlechte Straßen kann es notwendig werden, dass das haptische Feedback stärker und länger ausgeprägt ist und gegebenenfalls auch in einer anderen Art bereitgestellt wird, also beispielsweise mittels Vibration statt einer Knackscheibennachbildung. Auch kann ein längerer Bewegungsweg des Bedienelementes hilfreich sein, wenn bei unebenen Straßenverhältnissen eine genaue Betätigung des Bedienelementes nicht möglich ist. Welche Umgebungsbedingungen vorherrschen, lässt sich anhand der fahrzeugeigenen Sensorik, wie sie heutzutage üblich ist, detektieren und in der Folge durch vorab definierte Vorgaben zu Art, Intensität und/oder Dauer des Feedbacks einstellen.
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Das erfindungsgemäße Bedienelement soll vorzugsweise Verwendung in einem Fahrzeug, an einer oder für eine Recheneinheit und/oder für eine Gebäudesteuerung finden.
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In einem Fahrzeug kann das Bedienelement beispielsweise zur Steuerung von Musik beziehungsweise Ton, von Innenraumbeleuchtung, Ambientebeleuchtung und Beleuchtungsszenarien, zur Steuerung des Innenraumklimas (Temperatur und/oder Gebläseintensität), der Sitzheizung, der Lenkradheizung und dergleichen vorgesehen sein, wobei es jeweils für eine dieser Funktionen vorgesehen sein kann oder als Bedienelement mit einer mehrstufigen Bedienhierarchie mittels Anzeigeeinrichtung, Betätigungsreferenzpunkten und dergleichen für mehrere oder alle der vorgeschlagenen Funktionen vorgesehen werden kann.
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Das Bedienelement kann aber auch an einer oder für eine Recheneinheit wie einem PersonalComputer oder einem Laptop verwendet werden, so wie es durch Joysticks, Computermäuse und dergleichen bekannt ist.
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Auch für eine Steuerung von Gebäude- und/oder Raumparametern kann das erfindungsgemäße Bedienelement vorgesehen sein. Zur Steuerung von Parametern wie Lufttemperatur, Beleuchtung oder Verschattung von Räumen und Gebäuden, sowie weiterer technischer Parameter sind in vielen Gebäuden Eingabeterminals in jedem Raum installiert, an denen diese Parameter ausgewählt und beeinflusst werden können. Auch dafür kann das erfindungsgemäße Bedienelement verwendet werden.
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Die Erfindung stellt eine äußerst verschleißarme Detektionseinrichtung und damit auch ein verschleißarmes Bedienelement bereit. Es kann zur Steuerung einer Funktion vorgesehen sein, durch seine Kopplung mit einer Steuereinrichtung und/oder eine geeignete Menügestaltung kann es aber auch flexibel angepasst beziehungsweise zur Steuerung von mehrstufigen Bedienhierarchien genutzt werden. In den optionalen Ausgestaltungen kann die Art, Dauer und/oder Intensität des haptischen Feedbacks, der Widerstand bei Betätigen und/oder der verfügbare Bewegungsweg angepasst werden.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Bedienelementes in einem Prinzipschnitt, und
- 2 eine Weiterbildung des Bedienelementes aus 1 und mögliche Anwendungen.
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1 zeigt ein Bedienelement 10, das Teil einer Bedieneinrichtung (nicht gezeigt) ist. Es ist mit einem feststehenden Element 12 und einem in Relation dazu beweglichen Element 14 sowie Führungsrippen 16 gebildet. Das Bedienelement 10 ist in dieser Ausführungsform als Taste oder Button ausgebildet und die Betätigungsrichtung 80 ist durch einen Blockpfeil angezeigt. Das bewegliche Element 14 wird in Richtung des feststehenden Elementes 12 gedrückt und dabei mithilfe der Führungsrippen 16 geführt.
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Das Bedienelement 10 ist mit einer Detektionseinrichtung 20 gebildet. Diese weist einen Hallsensor 22 auf, der in dieser beispielhaften Ausführung an dem feststehenden Element 12 vorgesehen ist, und einen Magnet 24, der vorzugsweise ein Neodym-Magnet ist und am beweglichen Element 14 des Bedienelementes 10 angeordnet ist. Nähert sich der Magnet 24 dem Hallsensor 22 an, wird dies anhand der Beeinflussung seiner Feldstärke erfasst. Dabei kann auf den Abstand, die Betätigungsgeschwindigkeit und die Betätigungsdauer des Bedienelementes 10 geschlossen werden.
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Das Bedienelement 10 weist weiter eine Einrichtung 30 zur Bereitstellung eines haptischen Feedbacks auf. Diese ist hier mit einem Magnetkern 36 und einer ihn magnetisierenden Spule 34 sowie einem weiteren Magnet 32 gebildet. Die Spule 34 regt den Magnetkern 36 an, sodass dieser den Magnet 32 anzieht oder abstößt. Durch einen schnellen Wechsel zwischen diesen Zuständen kann beispielsweise eine Vibration als haptisches Feedback bereitgestellt werden.
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Die Einrichtung 30 zum Bereitstellen des haptischen Feedbacks weist zudem einen Stellmotor 38 auf, der den Magnetkern in und entgegen der Betätigungsrichtung 80 verschieben kann. Damit kann der verfügbare Bewegungsweg 60 des Bedienelementes 10 (insbesondere des beweglichen Elementes 14) auf ein definiertes Maß eingestellt werden.
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Schließlich weist das Bedienelement 10 eine Rückstelleinrichtung 40 auf, die in Form einer Rückstellfeder ausgebildet ist und dazu dient, das Bedienelement beziehungsweise sein bewegliches Element 14 nach der Betätigung in seine Ausgangsposition zurückzubewegen. Wird diese Rückstellfeder 40 mit einem Schieber oder Stellmotor oder dergleichen zur Beeinflussung ihrer Rückstellkraft ausgestattet, kann der Widerstand beim Betätigen des Bedienelementes 10 beeinflusst werden. Alternativ kann diese Beeinflussung der Federkraft der Rückstellfeder 40 auch genutzt werden, um einen definierten Bewegungsweg 60 bereitzustellen.
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Um das Bediengefühl angenehmer zu gestalten und zur Eindämmung von Schallemissionen ist auf dem Magnetkern 36 ein Schall- und Stoßdämpfer 56 vorgesehen. Schlägt der Magnet 32 dort an, wird der Stoß und der dabei entstehende Schall gedämpft.
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Zusätzlich weist das Bedienelement 10 eine berührungssensitive Oberfläche 50 auf, über deren Betätigung eine zu steuernde Funktion ausgewählt werden kann.
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Das Bedienelement 10 aus 1 soll exemplarisch in einem Fahrzeug verwendet werden. Ein Einsatzszenario ist 2 zu entnehmen. Dabei zeigt das Bedienelement 10 in 2a sämtliche Merkmale aus 1 und zudem eine Anzeigeeinrichtung 54 und eine flexible Oberflächenabdeckung 52 aus einem textilen Material.
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2b ist zu entnehmen, dass die Bedieneinrichtung mit drei Bedienelementen 10 gebildet ist, wie es in 2a gezeigt ist. Sie sind in einer Ruheposition versenkt und schließen bündig mit der umgebenden Oberfläche ab. Die textile Oberflächenabdeckung 52 überspannt den gesamten Bereich der Bedienelemente 10, sodass nur eine einheitliche Oberfläche wahrzunehmen ist. Jedes der drei Bedienelemente 10 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 54 ausgebildet, die in der Ruheposition die Position eines Bedienelementes 10 anzeigt (mittiges Bedienelement 10) oder die dort bestehende Einstellung (rechtes und linkes Bedienelement 10). In diesem Ausführungsbeispiel soll die Temperatur im Fahrzeuginnenraum zu beeinflussen sein. Mit den äußeren beiden Bedienelementen 10 kann die Temperatur für den Fahrer und den Beifahrer eingestellt werden, mit dem mittleren soll die Gebläseintensität einzustellen sein.
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2c zeigt die Bedienelemente 10 in Gebrauchsposition. Dies kann ausgelöst werden, indem ein Benutzer 70 eines der Bedienelemente 10 im Bereich seiner berührungssensitiven Oberfläche berührt. Dann wird die Rückstellkraft der Rückstellfeder 40 erhöht, sodass diese das bewegliche Element 14 nach außen drückt und dabei die Gegenkraft der textilen Oberflächenabdeckung 52 überwindet, sodass das bewegliche Element 14 leicht erhöht gegenüber der umgebenden Oberfläche positioniert wird. Das bewegliche Element 14 ist dabei so ausgeformt, dass sich nur die gezeigten Randbereiche über die umgebende Oberfläche erheben.
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Gleichzeitig wird über die Anzeigeeinrichtung 54 in den Betätigungsbereichen durch Farben, Symbole und Zeichen angezeigt, welche Bedienmöglichkeiten am jeweiligen Bedienelement 10 zu verwirklichen sind.
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Tippt der Benutzer am mittleren Bedienelement 10 auf selbiges, kann die mit den Bedienelementen 10 zu steuernde Funktion gewechselt werden, beispielsweise zur Steuerung einer Ambientebeleuchtung im Fahrzeug. Die Anzeigeeinrichtungen 54 der Bedienelemente 10 werden dann entsprechend angepasst und zeigen die jeweils zu steuernden Parameter, wie beispielweise die Lichtfarbe und die Lichtintensität an.
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Werden die Bedienelemente 10 für eine vorab definierte Zeit nicht genutzt, werden sie in die Ruheposition gemäß 2b zurück bewegt.
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Die Betätigung der Bedienelemente 10 kann durch anhaltendes Drücken des jeweiligen Bedienelementes 10 erfolgen oder durch kurzes Tippen. Dabei kann am Beispiel der Temperatursteuerung durch kurzes Tippen des Bedienelementes 10 für die Temperaturauswahl die Temperatur gradweise erhöht oder gesenkt werden. Bei anhaltendem Drücken steigt oder sinkt die Temperatur kontinuierlich, solange das Bedienelement 10 gehalten wird. Dabei können kurze leichte Vibrationen als haptisches Feedback bereitgestellt werden. Wird ein Maximal- oder Minimalwert der Temperaturregelung erreicht, kann eine intensivere Vibration mit höherer Frequenz anzeigen, dass man an diesem Maximal- oder Minimalwert angelangt ist.
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Um das Benutzererlebnis zu verbessern, kann jeder Benutzer seinem Benutzerprofil Art, Intensität und Dauer des haptischen Feedbacks zuordnen. Dies kann beispielsweise über die zentrale Anzeige- und Eingabeeinrichtung des Fahrzeugs erfolgen. Wird der Benutzer im Fahrzeug erkannt, werden seine eingestellten Präferenzen abgerufen und das haptische Feedback entsprechend eingestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bedienelement
- 12
- feststehendes Element
- 14
- bewegliches Element
- 16
- Führungsrippen
- 20
- Detektionseinrichtung
- 22
- Hallsensor
- 24
- Magnet
- 30
- Einrichtung zur Bereitstellung eines haptischen Feedbacks
- 32
- weiterer Magnet
- 34
- Spule
- 36
- Magnetkern
- 38
- Stellmotor
- 40
- Rückstelleinrichtung
- 50
- berührungssensitive Oberfläche
- 52
- flexible Oberflächenabdeckung
- 54
- Anzeigeeinrichtung
- 56
- Dämpfeinrichtung
- 60
- verfügbarer Bewegungsweg
- 70
- Benutzer
