DE19627213C1 - Betätigungseinheit für ein elektrisches Gerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für ein elektrisches Gerät, über das sich dieses bedienen und einstellen läßt, und insbesondere eine Betätigungseinheit für eine Fahrzeugkomponente, bei der es sich vorzugsweise um eine Fahrzeug-Klimaanlage handelt.

Schalter- bzw. Tastenbetätigungseinheiten für elektrische Geräte sind aus der Unterhaltungselektronik, der Haushaltstechnik und der Fahrzeugtechnik her bekannt. Ein Beispiel für eine derartige Betätigungseinheit in Form einer Telefon-Tastatur ist in DE 36 37 808 A1 beschrieben.

Diese Betätigungseinheit weist im allgemeinen eine Frontblende mit einer Vorder- und einer Rückseite auf. An der Vorderseite der Frontblende sind Schalterbetätigungselemente bewegbar angeordnet. Mit ihrer Rückseite liegt die Blende an einer Leiterplatine o. dgl. Rückwand an, die den Schalterbetätigungselementen zugeordnete Schaltkontaktflächen zur Auslösung einer Schaltfunktion aufweisen. Sämtliche Schaltkontaktflächen werden dabei von einem Mikroprozessor bzw. einer zentralen Steuereinheit abgerufen und auf Kurzschluß bzw. auf die zwischen den Schaltkontaktflächen abfallende Spannung bzw. den elektrischen Widerstand hin abgefragt. Auf der Leiterplatine liegt eine Schaltermatte aus einem elastischen rückstellfähigen Material in Form einer Membran auf. Diese Schaltermatte weist eine Folie mit mehreren einteilig mit der Folie verbundenen Vorsprüngen oder Stößelelementen auf. Die Stößelelemente sind an ihren der Folie zugewandten Enden über umlaufende Filmscharniere flexibel und elastisch bewegbar mit der Folie verbunden. Die auf der Leiterplatine aufliegende Unterseite der Folie weist im Bereich der Stößelelemente Aussparungen auf, während die in den Aussparungen endenden Stößelelemente Kontaktvorsprünge mit Kontaktflächen aufweisen, die der Kontaktierung und Überbrückung der Schalterkontaktflächen der Leiterplatine dienen, wenn auf die Stößelelemente eine auf die Leiterplatine gerichtete Andrückkraft einwirkt. Ferner sind die Schalterbetätigungselemente der bekannten Betätigungseinheit als die Stößelelemente der Schaltermatte aufnehmende Kappenelemente ausgebildet, die einseitig offen sind und einen (Anschlag-) Rand aufweisen, der beim vollständigen Niederdrücken des Schalterbetätigungselement oberhalb der Folie der Schaltermatte angeordnet ist. Die Begrenzung der Bewegung der Schalterbetätigungselemente erfolgt bei der bekannten Betätigungseinheit allein durch Anlage der Kontaktflächen der Stößelelemente an den Schaltkontaktflächen der Leiterplatine. Aus EP 0 503 197 A2 ist es bekannt, transparente Schaltmatten zum Leiten von Hinterleuchtungslicht für die Schalterbetätigungselemente zu verwenden.

Betätigungseinheiten der vorstehend genannten Art mit Schaltermatten haben sich grundsätzlich bewährt. Zur Begrenzung der Bewegung der Schalterbetätigungselemente sind bei aus der Praxis bekannten Betätigungseinheiten an der Frontblende ausgebildete Anschläge vorgesehen. Hierdurch werden die Stößelelemente im Bereich ihrer Kontaktflächen beim Berühren der Schaltkontaktflächen der Leiterplatine entlastet, was übermäßige Verformungen mit der Gefahr der Unzuverlässigkeit der Schaltfunktionen verhindert. Die Anordnung dieser Anschläge und die damit verbundene Ausbildung der Schalterbetätigungselemente sowie der Frontblende verkomplizieren die Herstellung der Betätigungseinheit. Außerdem wirken die Anschläge vergleichsweise hart, was sich nachteilig auf die Haptik der Betätigungseinheit auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinheit zum Bedienen eines elektrischen Geräts zu schaffen, das sich durch eine verbesserte Haptik beim Betätigen der Schaltbetätigungselemente auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Betätigungseinheit für ein elektrisches Gerät gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Die Merkmale vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen aufgeführt.

Bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit weist die Folie der Schaltermatte an ihrer den Stößelelementen und der Frontblende zugewandten Vorderseite mehrere Anschlagvorsprünge zur Anlage an den Schalterbetätigungselementen auf. Jedem Stößelelement ist dabei mindestens ein Anschlagelement der Folie der Schaltermatte zugeordnet. Vorzugsweise sind jedem Stößelelement mehrere Anschlagvorsprünge zugeordnet, die gleichmäßig verteilt und insbesondere symmetrisch um jedes Stößelelement herum angeordnet sind.

Die Schalterbetätigungselemente der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit sind als einseitig offene Kappenelemente mit einer geschlossenen Stirnwand, die der Vorderseite der Frontblende zugewandt ist, und einer offenen Stirnwand ausgebildet, die von einem mit den Anschlagvorsprüngen der Folie der Schaltermatte zusammenwirkenden Anschlagrand begrenzt ist. Die Kappenelemente sind über die Stößelelemente der Schaltermatte gestülpt, wobei die freien Enden der Stößelelemente von innen an den geschlossenen Stirnwänden der Kappenelemente anliegen. Ohne Einwirkung einer Andrückkraft sind die Anschlagränder der Kappenelemente von den Anschlagvorsprüngen der Folie der Schaltermatte beabstandet. Beim Niederdrücken eines Schalterbetätigungselements, d. h. bei Ausübung einer Andrückkraft auf ein Kappenelement in Richtung auf die Leiterplatine kommt es zunächst zu einer Verformung der flexiblen Filmscharnierverbindung zwischen Stößelelement und Folie der Schaltermatte und damit zu einer Relativbewegung des Stößelelements relativ zur Folie der Schaltermatte. Diese Bewegung des Stößelelements ist im wesentlichen in dem Augenblick beendet, in dem die Kontaktflächen des Stößelelements auf die ihnen zugeordneten Schalterkontaktflächen der Leiterplatine aufliegen. In diesem Zustand ist der Abstand zwischen dem Anschlagrand des Kappenelements und dem diesem zugeordneten Anschlagvorsprung der Folie der Schaltermatte geringer als in der Ausgangsposition vor Einwirkung der Andrückkraft. Ein weiteres Niederdrücken des Kappenelements bewirkt, daß sein Anschlagrand in Anlage mit dem mindestens einen Anschlagvorsprung der Schaltermattenfolie gelangt. Da dieser Anschlagvorsprung, wie die gesamte Schaltermatte, aus elastischem Material besteht, kommt es zu einem "weichen" Anschlag und damit zu einer weichen Begrenzung der Bewegung des Kappenelements und des Stößelelements. Durch die Größe des mindestens einen Anschlagvorsprungs der Folie sowie durch die Anzahl der pro Kappenelement vorgesehenen Anschlagvorsprünge der Schaltermattenfolie kann die Anschlaghaptik beeinflußt werden. Dies verbessert ganz entscheidend den Bedienungskomfort der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit.

Bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit sind die Schalterbetätigungselement-Anschläge integraler Bestandteil der Schaltermatte. Auf seiten der Schaltermatte sind keinerlei nennenswerte Mehrkosten für die Produktion zu verzeichnen, da die Anschlagvorsprünge durch geringfügige Modifikation der Spritzgußform, mittels derer die Schaltermatte hergestellt wird, realisiert werden können. Werkzeugkosteneinsparungen und damit Herstellungskostenreduktionen sind dagegen in ganz erheblichem Maße bei der Frontblende gegeben. Diese braucht nämlich nicht mehr mit Anschlägen für die Schalterbetätigungselemente ausgestattet sein, was nicht zuletzt auch die Konstruktion der Schalterbetätigungselemente selbst vereinfacht. Diese brauchen nämlich lediglich noch gegen ein Herausrutschen aus der Vorderseite der Frontblende gesichert an dieser gehalten zu sein. Dies wiederum kann auf vergleichweise einfache Art und Weise dadurch realisiert sein, daß die Kappenelemente einen nach außen vorstehenden Flansch und insbesondere einen umlaufenden Ringflansch aufweisen, der von der Rückseite an dem Rand der das jeweilige Kappenelement aufnehmenden Aufnahmeöffnung der Frontblende anliegt und damit ein Herausfallen der Kappenelemente aus der Frontblende verhindert.

Die integrale Ausbildung der Schalterbetätigungselement-Anschläge in der Schaltermatte hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Dichte an Schalterbetätigungselementen der Frontblende erhöht werden kann, d. h. die Schalterbetätigungselemente dichter zusammengerückt sein können. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß die Frontblende selbst keinerlei konstruktive Maßnahmen für die Anschläge der Schalterbetätigungselemente aufweisen muß und auf diese Weise Platz eingespart werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Schaltermatte der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit wird deutlich, wenn man an die Möglichkeit der Ausnutzung der Stößelelemente zur Weiterleitung von Licht für die Hinterleuchtung von in den Schalterelementen integrierten Symbolen denkt. Hierbei besteht die Schaltermatte aus transparentem Material, das im übrigen die oben aufgeführten mechanischen Eigenschaften der Elastizität und Rückstellfähigkeit aufweist. Für die Hinterleuchtung sind auf der Leiterplatine lichtaussendende Elemente in Form von Leuchtdioden angeordnet, die den Stößelelementen gegenüberliegend plaziert sind. Infolge der Anordnung der Leuchtdioden müssen die die Kontaktflächen tragenden zur Leiterplatine weisenden Vorsprünge der Stößelelemente kleinformatiger ausgebildet werden. Diese im Querschnitt vergleichsweise kleinen Vorsprünge können die beim Betätigen der Schalterbetätigungselemente auftretenden Andrückkräfte nicht aufnehmen und verformen sich unkontrolliert, was die Zuverlässigkeit der Kontaktierung und Überbrückung der Schalterkontaktflächen der Leiterplatine beeinträchtigt. Die auf der Oberseite der Folie der Schaltermatte erfindungsgemäß ausgebildeten Anschlagvorsprünge nehmen die Andrückkräfte, die beim Niederdrücken auf die dabei frei beweglich an der Frontblende geführten Schalterbetätigungselemente wirken, zuverlässig auf und verhindern nach der Kontaktierung der Kontaktflächen der Stößelelementen mit den Schalterkontaktflächen der Leiterplatine eine unerwünschte Verformung der die Schalterkontaktfläche tragenden Vorsprünge der Stößel.

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht auf die Frontblende einer Betätigungseinheit zum Bedienen einer Fahrzeug-Klimaanlage,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht der Betätigungseinheit bei abgenommener Frontblende auf die Schaltermatte und die darunterliegende Leiterplatine und

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 1 bei zur Auslösung eines Schaltkontakts niedergedrücktem Schalterbetätigungselement.

In Fig. 1 ist eine Vorderansicht auf die Frontblende 10 einer Betätigungseinheit 12 für eine Fahrzeug-Klimaanlage gezeigt. Die Frontblende 10 weist eine Vielzahl von Betätigungselementen 14 auf, die jeweils Ausleuchtungssymbole 16 tragen. Der jeweils aktuelle Betriebszustand der Klimaanlage wird in einem zweigeteilten Display 18 optisch angezeigt. Die Frontblende 10 ist in die Öffnung eines Gehäuses 20 eingesetzt (s. Fig. 2 und 3). Gemäß Fig. 2 befindet sich an der Rückseite der Frontblende 10 eine Leiterplatine 22, die mit der Frontblende 10 verrastet ist. Auf der Leiterplatine 22 liegt eine Schaltermatte 24 auf, die eine Folie 26 und zur Frontblende 10 hin vorstehende Stößelelemente 28 aufweist.

Wie insbesondere anhand von Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Stößelelemente 28 über umlaufende Filmscharniere 30 mit der Folie 26 der Schaltermatte 24 einstückig verbunden. In Verlängerung der Stößelelemente 28 weist die Folie 26 an ihrer an der Platine 22 anliegenden Rückseite 32 Ausnehmungen 34 auf. In diese Ausnehmungen 34 ragen pro Stößelelement 28 zwei Kontaktvorsprünge 36 mit Kontaktflächen 38. Diese Kontaktflächen 38 wirken mit jeweils einem Paar von korrespondierenden Schalterkontaktflächen 40 zusammen, die auf der Platine 22 den Kontaktflächen 38 gegenüberliegend ausgebildet sind. Ferner befinden sich den Stößelelementen 28 gegenüberliegend auf der Leiterplatine 22 Leuchtdioden 42 zum Aussenden von Licht in Richtung auf die Stößelelemente 28. Die Schaltermatte 24 und insbesondere die Stößelelemente 28 bestehen aus einem transparenten Material, das Lichtleit- und Lichtdiffusorwirkung hat. Hierdurch lassen sich die Symbole 16 der Schalterbetätigungselemente 14 hinterleuchten, was zum Beispiel bei Einschaltung der Nachtbeleuchtung (Suchbeleuchtung) erfolgt. Das Display 18 ist durch Leuchtdioden 44 hinterleuchtet, die ebenfalls auf der Platine 22 angebracht sind.

Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, ist jedes Schalterbetätigungselement als Kappenelement 46 ausgebildet, das eine in der Vorderseite 48 der Frontblende 10 angeordnete geschlossene, das Symbol 16 tragende Stirnwand 50 und eine zur Rückseite 52 der Frontblende 10 hin gerichtete Öffnung 54 aufweist. Der Rand 56 um die Öffnung 54 eines Kappenelements 46 herum ist als nach außen abstehender Flansch 58 ausgebildet. Die Kappenelemente 46 sind von der Rückseite 52 der Frontblende 10 her in Aufnahmeöffnungen 60 der Frontblende 10 eingesetzt, die zur Rückseite 52 weisende umlaufende Ränder 62 aufweisen, gegen die die Flansche 58 der Kappenelemente 46 anliegen, wodurch das Herausfallen der Kappenelemente 46 aus der Vorderseite 50 der Frontblende 10 verhindert ist.

Die Folie 26 der Schaltermatte 24 weist an ihrer der Frontblende 10 zugewandten Oberseite 64 Anschlagvorsprünge 66 auf, die den Ringflanschen 58 der Kappenelemente 46 der Schalterbetätigungselemente 14 gegenüberliegen. Gemäß Fig. 3 sind um jedes Stößelelement 28 herum mehrere Anschlagvorsprünge 66 auf der Oberseite 64 der Folie 26 angeordnet. Teilweise dienen die Anschlagvorsprünge 66 als Anschlag für lediglich ein Kappenelement 46; die zwischen benachbarten Stößelelementen 28 angeordneten flächenmäßig größeren Anschlagvorsprünge 66 hingegen dienen als Anschlag für die den benachbarten Stößelelementen 28 zugeordneten Kappenelemente 46.

Die gesamte Schaltermatte 24, also die Folie 26, die Stößelelemente 28, die Filmscharniere 30 und die Anschlagvorsprünge 66 bestehen aus einem elastischen, rückstellfähigen, flexiblen Kunststoffmaterial, bei dem es sich insbesondere um Silikon bzw. Silikonkautschuk handelt. In der Ausgangsposition gemäß Fig. 2 bei nicht betätigtem Kappenelement 46 weisen die dem zugehörigen Stößelelement 28 zugeordneten Kontaktvorsprünge 36 einen Abstand zu den zugeordneten Schalterkontaktflächen 40 der Leiterplatine 22 auf. Ebenso ist der Ringflansch 58 des Kappenelements 46 von den diesem zugeordneten Anschlagvorsprüngen 66 der Folie 26 der Schaltermatte 24 beabstandet. Beim Niederdrücken eines über einem Stößelelement 28 gestülpten Kappenelement 46 wird auf das Stößelelement 28 eine Andrückkraft zum Bewegen des Stößelelementes 28 in Richtung auf die Leiterplatine 22 ausgeübt. Infolge dieser Andrückkraft kommt es zu seiner Verformung des rückstellfähigen Filmscharniers 30, wodurch die Kontaktvorsprünge 36 des Stößelelements 28 auf die Schalterkontaktflächen 40 der Leiterplatine 22 zu bewegt werden. Im weiteren Verlauf dieser Bewegung kommt es zu einer Kontaktierung einer bzw. beider Kontaktflächen 38 des Stößelelements 28 mit einem bzw. beiden Paaren von korrespondierenden Schalterkontaktflächen der Platine 22. Zur Auslösung des Schaltkontakts reicht es aus, wenn ein Paar Schalterkontaktflächen 44 durch die zugehörige Kontaktfläche 38 des Stößelelements 28 überbrückt ist. Die Ausbildung von zwei Schalterkontaktflächenpaaren auf der Leiterplatine 22 sowie zwei Kontaktflächen 38 an jedem Stößelelement 28 hat den Sinn, den Schaltkontakt auch dann auszulösen, wenn beim Niederdrücken des Kappenelements 46 auf dieses eine Kippbewegung ausgeübt wird.

Im Augenblick der Berührung der Kontaktflächen 38 und 40 weist der Ringflansch 58 noch einen wenn auch geringen Abstand zu den zugeordneten Anschlagvorsprüngen 66 der Schaltermatte 24 auf. Durch weiteres Bewegen des Kappenelements 46 in Richtung auf die Leiterplatine 22 kommt es zunächst zu einer leichten Ausbeulung der Kontaktvorsprünge 36, bis schließlich gemäß Fig. 4 der Flansch 58 des Kappenelements 46 an den zugeordneten Anschlagvorsprüngen 66 der Schaltermatte 24 anschlägt und die weitere Bewegung des Kappenelements 46 sanft beendet. Durch diesen weichen Anschlag weist die Betätigungseinheit 10 eine ansprechende Anschlaghaptik auf, die den Bedienkomfort der Betätigungseinheit 12 merklich verbessert.

Die Konstruktion der hier beschriebenen und in den Figuren gezeigten Betätigungseinheit 12 ist infolge der integralen Ausbildung der Kappenelement-Anschlagvorsprünge 66 in der Schaltermatte 24 recht einfach, was die Herstellungskosten und insbesondere die Werkzeugkosten für die Spritzgußform der Frontblende 10 sowie der Schalterbetätigungselemente 14 reduziert. Bei der Konstruktion der Frontblende 10 sind nämlich Rastnasen, Rastvorsprünge o. dgl. die Bewegung der Kappenelemente 46 begrenzenden Anschläge bzw. Vorsprünge nicht mehr erforderlich. Vielmehr können von der Rückseite 50 der Frontblende 10 her einsetzbare Kappenelemente als Schalterbetätigungselemente verwendet werden, was wiederum die Fertigungskosten reduziert. Außerdem lassen sich die Schalterbetätigungselemente 14 dichter nebeneinander anordnen, da um die Schalterbetätigungselemente 14 herum weder an diesen noch an der Frontblende 10 Vorkehrungen für Anschläge, Verrastungen o. dgl. getroffen werden müssen.

Durch die integral mit der Schaltermatte 24 ausgebildeten Anschlagvorsprünge 66 werden die Kontaktvorsprünge 36 der Stößelelemente 28 bei Kontaktierung der Leiterplatine 22 entlastet. Dadurch ist es möglich, diese Kontaktvorsprünge 36 im Querschnitt schmaler und kleiner auszubilden. Das wiederum verschafft auch bei kleinformatigen Stößelelementen 28 auf der Leiterplatine 22 genügend Platz für die Unterbringung einer dem Stößelelement gegenüberliegend angeordneten Leuchtdiode.

Claims (5)

1. Betätigungseinheit für ein elektrisches Gerät, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente, wie beispielsweise eine Fahrzeug-Klimaanlage, mit

• - einer Frontblende (10) mit einer Vorder- und einer Rückseite (48, 52),
• - mehreren in Aufnahmeöffnungen (60) der Frontblende (10) bewegbar angeordneten Schalterbetätigungselementen (14),
• - einer an der Rückseite (52) der Frontblende (10) angeordneten Leiterplatine (22), die den Schalterbetätigungselementen (14) zugeordnete Schaltkontaktflächen (40) zur Auslösung einer Schaltfunktion aufweist, und
• - einer auf der Leiterplatine (22) angeordneten Schaltermatte (24) aus einem elastischen, rückstellfähigen Material, die eine Folie (26) mit einer der Frontblende (10) zugewandten Oberseite (64) und mehrere einteilig sowie elastisch bewegbar mit der Folie (26) verbundene, den Schalterbetätigungselementen (14) zugeordnete Stößelelemente (28) aufweist, welche bei Ausübung einer auf die Leiterplatine (22) gerichteten Andrückkraft relativ zur Folie (26) bewegbar sind und Kontaktflächen (38) zum Kontaktieren und Überbrücken der Schalterkontaktflächen (40) der Leiterplatine (22) bei Ausübung der Andrückkraft aufweisen, wobei
• - die Schalterbetätigungselemente (14) als einseitig offene Kappenelemente (46) mit einem die Öffnung (54) umgebenden Anschlagrand (56) ausgebildet sind,
• - die Stößelelemente (28) der Schaltermatte (24) von den Kappenelementen (46) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet,
• - daß auf der Oberseite (64) der Folie (26) der Schaltermatte (24) einteilig mit der Folie (26) ausgebildete Anschlagvorsprünge (66) zur Anlage an den Anschlagrändern (56) der Kappenelemente (46) und zur Begrenzung der Bewegung der Kappenelemente (46) bei Ausübung einer Andrückkraft auf die Kappenelemente (46) in Richtung auf die Leiterplatine (22) vorgesehen sind.

2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um jedes Stößelelement (28) der Schaltermatte (24) herum mehrere Anschlagvorsprünge (66) auf der Oberseite (64) der Folie (26) vorgesehen sind.

3. Betätigungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Stößelelementen (28) der Schaltermatte (24) auf der Oberseite (64) der Folie (26) mit den Kappenelementen (46) dieser Stößelelemente (28) zusammenwirkende Anschlagvorsprünge (66) ausgebildet sind.

4. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltermatte (24) ein lichtleitendes Material aufweist und daß die Leiterplatine (22) unterhalb der Stößelelemente (28) angeordnete lichtaussendende Elemente (42) aufweist.

5. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagränder (54) der Kappenelemente (46) als nach außen gerichtete umlaufende Ringflansche (58) ausgebildet sind.