EP2633534B1

EP2633534B1 - Schaltbedienfeld

Info

Publication number: EP2633534B1
Application number: EP11781745.2A
Authority: EP
Inventors: Waldemar Sauter; Gerd Villing; Alexander Staiger; Wolfgang Angst; Jürgen Kopp; Achim Mink; Dietmar Weisser
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN103282988B; WO2012055564A1; EP2633535A1; DE102011117125A1; WO2012055563A1; CN103250221B; DE102011117124A1; EP2633534A1; EP2633535B1; DE102011117120A1; CN103250221A; DE102011117123A1; CN103282988A; DE102011117121A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltbedienfeld nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Schaltbedienfeld kann ein oder auch mehrere Schaltelemente zur manuellen Betätigung aufweisen. Das Schaltbedienfeld, das vorzugsweise mit geschlossener Oberfläche ausgestattet ist, kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
Ein solches Schaltbedienfeld weist eine Betätigungsfläche für die manuelle Einwirkung mittels eines Elements durch den Benutzer auf. Insbesondere kann es sich bei dem Element um den Finger einer menschlichen Hand handeln, mit dessen Hilfe die Betätigung der Schaltelemente des Schaltbedienfeldes erfolgt. Die Betätigungsfläche wirkt dabei mit einem Sensor derart zusammen, dass der Sensor bei Annäherung des Elements an die Betätigungsfläche und/oder bei Berührung der Betätigungsfläche mittels des Elements und/oder bei Druckeinwirkung mittels des Elements auf die Betätigungsfläche ein Signal erzeugt. Das Signal dient zum Schalten und/oder Auslösen einer dem jeweiligen Schaltelement im Schaltbedienfeld zugeordneten Funktion in der Art eines Schaltsignals. Es mangelt dem Schaltbedienfeld, insbesondere bei einem solchen mit geschlossener Oberfläche, an einer vom Benutzer wahrnehmbaren Haptik und/oder Akustik.
Aus der DE 10 2008 036 155 A1 ist weiter ein Schaltbedienfeld für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem das bei Betätigung der Betätigungsfläche erzeugte Signal eine haptische Reaktion der Betätigungsfläche auslöst. Hierzu steht ein Aktor mit der Betätigungsfläche in Wirkverbindung, wobei der von dem Signal angesteuerte Aktor eine laterale, schnell abklingende Schwingung als haptische Reaktion auf die Betätigungsfläche ausübt. Bei dem Aktor kann es sich um einen Elektromagneten handeln, der eine Spule sowie einen in der Spule beweglichen Anker aufweist. Bei Ansteuerung des Aktors wird der Anker des Elektromagneten durch entsprechende Bestromung der Spule des Elektromagneten bewegt.
Weitere Schaltbedienfelder, bei denen eine Haptik für die Betätigungsfläche erzeugbar ist, sind in der WO 2007/147507 A2 , US 2008/163051 A1 , WO 2008/033710 A2 , US 2007/057928 A1 und EP 1 310 860 A1 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltbedienfeld derart weiterzuentwickeln, dass eine Haptik und/oder Akustik für das Schaltbedienfeld geschaffen ist, wobei die Haptik und/oder Akustik einstellbar ausgeführt werden soll.
Insbesondere ist die Realisierung der Haptik und/oder Akustik bei Bedienfeldern mit geschlossener Oberfläche ohne ein direkt bewegliches Schaltelement, wie ein elektrischer Schalter, eine Schnappscheibe o. dgl., welches bisher die Haptik und Akustik erzeugt, Aufgabe der Erfindung. Bei bisherigen Schaltbedienfeldern, die allerdings keine geschlossene Oberfläche aufweisen, werden herkömmliche, direkt bewegliche, elektrische Schaltelemente verwendet, wobei diese Schaltelemente dann die Haptik und/oder Akustik erzeugen.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schaltbedienfeld durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Schaltbedienfeld ist ein Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element vorgesehen, wobei das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element mit der Betätigungsfläche in Wirkverbindung steht. Das vom Sensor erzeugte Signal steuert den Aktor zur Betätigung des Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Elements an. In einer einfachen sowie kompakten Anordnung besteht das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element aus einem an der Betätigungsfläche befestigten Bügel oder einer an der Betätigungsfläche befestigten Gabel. Bei Ansteuerung des Elektromagneten kann der Anker des Elektromagneten wiederum an dem Bügel oder der Gabel ziehen und/oder an den Bügel oder an die Gabel schlagen. In einer anderen Anordnung, bei der der Kraftverlauf für die Haptik in einem weiten Bereich variierbar ist, umfasst das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element einen vom Anker des Elektromagneten bei Ansteuerung des Elektromagneten längsverschiebbaren Adapter und einen mit dem einen Ende am Adapter angelenkten sowie mit dem anderen Ende auf die Betätigungsfläche einwirkenden Hebel. Geschaffen ist damit ein Konzept für die haptische und/oder akustische Rückmeldung mittels eines Aktuators, insbesondere bei einem Schaltbedienfeld mit geschlossener Oberfläche. Vorteilhafterweise verzichtet das Konzept auf herkömmliche elektrische Schaltelemente für das Schaltbedienfeld. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Anker des Elektromagneten betätigt wiederum das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element. Die entsprechende Bestromung des Elektromagneten erzeugt die dementsprechend einstellbare Haptik. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Konzepts sind nun diverse haptische und/oder akustische Effekte erzielbar. So kann zum einen der Aktor das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element im wesentlichen senkrecht zur Betätigungsfläche betätigen. Und zwar vorzugsweise derart, dass das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element die Betätigungsfläche im wesentlichen senkrecht zu deren Oberfläche bewegt. Zum anderen kann der Aktor das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element im wesentlichen parallel zur Betätigungsfläche betätigen. Und zwar vorzugsweise derart, dass das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element die Betätigungsfläche im wesentlichen parallel zu deren Oberfläche bewegt. Vorteilhafterweise kann somit eine Bewegung oder eine Vibration der Betätigungsfläche in unterschiedlichen Richtungen dargestellt werden. Je nach gewünschtem Kraftverlauf für die Haptik kann der Aktor ziehend oder schlagend zur Betätigung auf das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element einwirken. Mit diesen Maßnahmen lässt sich auch eine unterschiedliche Akustik erzielen.
Insbesondere bietet es sich bei der einen Anordnung an, einen Metallbügel oder eine Metallgabel vorzusehen, um eine besondere Akustik zu erzielen. Desweiteren kann an dem Bügel oder an der Gabel ein Akustikelement angebracht sein, an das der Anker bei Betätigung des Elektromagneten schlägt, womit eine nach Benutzerwünschen voreinstellbare Akustik ermöglicht ist.
In einer zweckmäßigen sowie kompakten Ausgestaltung umfasst die Betätigungsfläche eine Blende sowie ein Trägerteil. Es bietet sich dabei an, dass das Trägerteil an einem Reflektor beweglich, und zwar insbesondere schwimmend, gelagert ist. Hierfür kann ein elastisches Element in der Art einer Weichkomponente am Reflektor zur Lagerung des Trägerteils angeordnet sein. Der Reflektor ermöglicht desweiteren eine zuverlässige Ausleuchtung der Betätigungsfläche.
Bei der anderen Anordnung kann der Hebel weiterhin in der Nähe des anderen Endes am Reflektor angelenkt sein. Beispielsweise mit Hilfe einer Nase am anderen Ende des Hebels kann bei Längsverschiebung des Adapters auf den Blendenträger in entsprechender Weise eingewirkt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann zur Erzeugung der Akustik ein Tastschaltelement, eine Kurzhubtaste, eine Schnappscheibe o. dgl. verwendet werden. Allerdings dienen diese herkömmlichen Schaltelemente dann nicht wie bisher zur Erzeugung eines Schaltsignals sondern lediglich zur Erzeugung der Elkustik. Hierfür kann am Trägerteil und/oder am Adapter ein Ansatz angeordnet sein, mit dessen Hilfe dann bei Ansteuerung des Aktors entsprechend auf das Tastschaltelement, die Kurzhubtaste, die Schnappscheibe o. dgl. für die Erzeugung der Akustik eingewirkt wird.
Zweckmäßigerweise weist das Schaltbedienfeld ein Gehäuse zur Aufnahme des Aktors sowie der Betätigungsfläche auf, so dass das Schaltbedienfeld als ein separates, vormontierbares Bauteil hergestellt werden kann. Das Schaltbedienfeld lässt sich dann in einfacher Art und Weise im Kraftfahrzeug montieren. Das Gehäuse kann derart ausgestaltet sein, dass die Betätigungsfläche einen an einer Seite des Gehäuses befindlichen Abschluss darstellt und somit eine im wesentlichen geschlossene Oberfläche am Gehäuse bildet.
Bei einer weiteren Ausgestaltung für das Schaltbedienfeld ist ein Piezo-Element, insbesondere basierend auf dem direkten und/oder indirekten piezoelektrischen Effekt, als Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element sowie Aktor bzw. Aktuator vorgesehen. Das Piezo-Element ist mit der Betätigungsfläche in Wirkverbindung bringbar, derart dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Piezo-Element ein haptischer Effekt für die Betätigungsfläche erzeugbar ist. Vorteilhafterweise ist die Haptik und/oder Akustik durch entsprechende elektrische und/oder elektronische Ansteuerung des Piezo-Elements einstellbar.
In einfacher sowie funktionssicherer Ausgestaltung kann ein Betätiger an der Betätigungsfläche angeordnet sein. Der Betätiger stellt dabei die Wirkverbindung zwischen der Betätigungsfläche und dem Piezo-Element her.
Es liegt auch im Rahmen dieser Ausgestaltung, dass der die Einwirkung des Elements auf die Betätigungsfläche detektierende Sensor aus einem Piezo-Element, insbesondere basierend auf dem direkten und/oder indirekten piezoelektrischen Effekt, besteht. Die Druckerfassung bei Betätigung durch den Bediener ist dann mit dem Piezo-Element realisiert, was dessen Einsatz als Sensor ermöglicht.
Schließlich kann das Piezo-Element sowohl als Sensor und auch als Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element mitsamt Aktor dienen. Das Konzept sieht also eine haptische und/oder akustische Rückmeldung sowie Druckerfassung mittels eines Aktuators basierend sowohl auf dem direkten als auch auf dem indirekten piezoelektrischen Effekt vor. Vorteilhafterweise kann somit das Piezo-Element als Aktuator und/oder als Sensor dienen.
Für besonders bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schaltbedienfeldes ist nachfolgendes festzustellen.
Als Aktuator wird ein Elektromagnet eingesetzt, der im Bedienfeld aufgenommen wird. Bei Ansteuerung schlägt der Stößel bzw. Anker des Elektromagneten gegen ein Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element, das an der Unterseite der Bedienoberfläche, z.B. an der Blende, befestigt ist. Somit ist die Haptik und/oder Akustik getrennt und individuell einstellbar. Je nach gewünschter Haptik und/oder Akustik kann der Elektromagnet unterschiedliche Einbaulagen haben. Auch die Wirkungsweisen und die Wirkungsrichtungen, beispielsweise Zug und/oder Druck, können variieren.
Ein Piezoelement wird in einem Bedienfeld platziert, und zwar vorzugsweise direkt auf der Leiterplatte. Ein Betätiger, der mit der Bedienoberfläche fest verbunden wird, z.B. angespritzt, drückt bei Betätigung des Bedieners auf das Piezoelement und verformt es. Aufgrund des physikalischen Prinzips, nämlich des direkten piezoelektrischen Effekts, wandelt das Element mechanische Energie in die elektrische um. Die abgegebene elektrische Spannung kann erfasst werden, womit der Einsatz als Sensor ermöglicht ist.
Und/oder umgekehrt verformt sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung das Piezoelement mechanisch, und zwar entsprechend dem indirekten Piezoeffekt. Dabei gibt das Piezoelement ein akustisches und/oder mechanisches Signal aufgrund des Stoßes ab. Dies ermöglicht den Einsatz als Aktuator.
Durch den Einsatz verschiedener Werkstoffe für den Betätiger sowie die Änderung der Ansteuerung kann die Haptik und/oder Akustik getrennt und individuell eingestellt werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Möglichkeit geschaffen ist, um die Haptik und/oder Akustik und/oder Sensorik ohne herkömmliche Schaltelemente mit einem Bewegungsweg zu realisieren. Vorteilhafterweise erhält man ein Bedienfeld mit "Nullweg" und bei Bedarf auch mit "Nullkraft". Desweiteren wird der Einfluss der Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile auf die Haptik und/oder Akustik bei diesem System minimiert. Außerdem ist eine Einsparung von Bauteilen im Bedienfeld durch Entfallen des Aktuators und/oder des Sensors gegeben. Schließlich ist das Schaltbedienfeld auch besonders kostengünstig.
Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1: ein Schaltbedienfeld für ein Kraftfahrzeug in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2: das Bedienfeld aus Fig. 1 in Explosions-Darstellung,
Fig. 3: die Betätigungsfläche des Bedienfelds aus Fig. 2 in Explosions-Darstellung,
Fig. 4: einen Querschnitt durch das Bedienfeld aus Fig. 1,
Fig. 5: ein Bedienfeld gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in Explosions-Darstellung,
Fig. 6: einen Querschnitt durch das Bedienfeld aus Fig. 5,
Fig. 7: ein Bedienfeld gemäß einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel in Explosions-Darstellung,
Fig. 8: einen Querschnitt durch das Bedienfeld aus Fig. 7,
Fig. 9: ein Bedienfeld gemäß einem nochmals weiteren Ausführungsbeispiel in Explosions-Darstellung sowie mit einem vergrößerten Detailausschnitt,
Fig. 10: einen Ausschnitt aus dem Bedienfeld aus Fig. 9 im Längsschnitt,
Fig. 11: ein Bedienfeld gemäß einem abermals weiteren Ausführungsbeispiel in Explosions-Darstellung sowie mit einem vergrößerten Detailausschnitt,
Fig. 12: einen Ausschnitt aus dem Bedienfeld aus Fig. 11 im Längsschnitt,
Fig. 13: eine Prinzipskizze zum direkten piezoelektrischen Effekt,
Fig. 14: eine Prinzipskizze zum indirekten piezoelektrischen Effekt,
Fig. 15: einen Querschnitt durch das Bedienfeld aus Fig. 1 gemäß einer weiteren Ausführung und
Fig. 16: schematisch die Funktionsweise eines Piezoelements als Aktor.

In Fig. 1 ist ein Schaltbedienfeld 1 für ein Kraftfahrzeug mit einer Betätigungsfläche 3 zu sehen, an dem einzelne Bereiche 2 in der Art von Schaltelementen zur Auslösung und/oder Bedienung verschiedener Funktionen im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Beispielsweise kann es sich bei dem Bedienfeld 1 um ein solches zur Bedienung der Klimaanlage im Kraftfahrzeug handeln, wobei mittels der Schaltelemente 2 die Temperatur im Kraftfahrzeug, die Lüftung, das Frontscheibengebläse o. dgl. durch den Benutzer einstellbar ist. An der Betätigungsfläche 3 ist für die Schaltelemente 2 ein Funktionssymbol 9 zur Darstellung der mittels des Schaltelementes 2 auslösbaren Funktion sowie eine Funktionsanzeige 10 zur Darstellung des Zustandes (Ein / Aus) der jeweiligen Funktion angeordnet, wobei das Funktionssymbol 9 sowie die Funktionsanzeige 10 beleuchtbar sind.
Das Bedienfeld 1 besitzt ein Gehäuse 4, an dessen Oberseite die Betätigungsfläche 3 befindlich ist. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, weist die Betätigungsfläche 3 eine geschlossene Oberfläche auf, womit das Bedienfeld 1 vor schädlichen äußeren Einflüssen weitgehend geschützt ist. Die Schaltelemente 2 sind dadurch betätigbar, indem der Benutzer mittels eines Elements 11 auf den entsprechenden Bereich 2 der Betätigungsfläche 3 manuell einwirkt. Bei dem Element 11 handelt es sich insbesondere um einen Finger der menschlichen Hand des Benutzers.
Wie man in Fig. 2 sieht, befindet sich im Gehäuse 4 eine Leiterplatte 5, auf der elektrische/elektronische Bauteile 6, beispielsweise Leuchtdioden zur Beleuchtung der Betätigungsfläche 3, angeordnet sind. Die Betätigungsfläche 3 ist wiederum auf einem im Gehäuse 4 befindlichen, als Halterung für die Leiterplatte 5 dienenden Reflektor 26 angeordnet. Von den Leuchtdioden 6 führen Lichtleiter 37 zu den Funktionssymbolen 9 sowie Lichtleiter 38 zu den Funktionsanzeigen 10 an der Betätigungsfläche 3, derart dass das von den Leuchtdioden 6 abgestrahlte Licht zur Beleuchtung der Funktionssymbole 9 und/oder der Funktionsanzeigen 10 geführt ist. Anhand der Fig. 3 erkennt man weiter, dass die Betätigungsfläche 3 aus einer Blende 24, einem Blendenträger 25 sowie einem weiteren Trägerteil 39 besteht.
Das manuelle Einwirken des Fingers 11 auf die Betätigungsfläche 3 wird mittels eines Sensors detektiert. Hierzu ist in und/oder an der Betätigungsfläche 3 eine elektrisch leitfähige Folie 12 angeordnet, mit deren Hilfe mittels Anlegen einer elektrischen Spannung ein elektrisches Feld im Bereich der Betätigungsfläche 3 erzeugt wird. Die Betätigungsfläche 3 wirkt mit dem Sensor 12 derart zusammen, dass der Sensor 12 bei Annäherung des Elements 11 an die Betätigungsfläche 3 ein Signal erzeugt, indem die Veränderung des elektrischen Feldes durch die Annäherung des Fingers 11, insbesondere die kapazitive Veränderung, ausgewertet wird.
Wie man weiter der Fig. 3 entnimmt, besitzt die Folie 12 einzelne, voneinander elektrisch isolierte Leitbereiche 13. Die Folie 12 ist so angeordnet, dass jedem Bereich 2 an der Betätigungsfläche 3 ein solcher Leitbereich 13 zugeordnet ist. Durch Auswertung der Veränderung des elektrischen Feldes für einen einzelnen Leitbereich 13 lässt sich zudem die Berührung der Betätigungsfläche 3 mittels des Fingers 11 detektieren, und zwar anhand des jeweiligen Leitbereichs 13 die Berührung des jeweiligen Schaltelements 2. Die Betätigungsfläche 3 wirkt mit dem Sensor 13 derart zusammen, dass der Sensor 13 bei Berührung des entsprechenden Bereichs 2 der Betätigungsfläche 3 mittels des Elements 11 ein Signal erzeugt, indem die Veränderung des elektrischen Feldes für den Leitbereich 13 durch die Berührung des Fingers 11, insbesondere die kapazitive Veränderung, ausgewertet wird.
Wie weiter anhand der Fig. 2 zu erkennen ist, ist ein Magnet 14 an der dem Inneren des Gehäuses 4 zugewandten Seite der Betätigungsfläche 3 an einem Halter 47 angeordnet. Dem Magnet 14 ist ein Hallsensor 15 zugeordnet, der sich auf der Leiterplatte 5 im Gehäuse 4 befindet. Bei Druckeinwirkung mittels des Fingers 11 auf die Betätigungsfläche 3 biegt sich die Betätigungsfläche 3 geringfügig durch, so dass der Magnet 14 dementsprechend bewegt wird. Diese Bewegung des Magneten 14 wird mittels des Hallsensors 15 detektiert. Somit wirkt die Betätigungsfläche 3 mit dem Sensor 15 derart zusammen, dass der Sensor 15 bei Druckeinwirkung mittels des Elements 11 auf die Betätigungsfläche 3 ein Signal erzeugt, indem die Veränderung des magnetischen Feldes durch den Magneten 14 ausgewertet wird.
Ergänzend oder an Stelle des Hallsensors 15 kann als Sensor auch ein nicht weiter gezeigter Dehnungsmessstreifen (DMS) Verwendung finden, auf den die Durchbiegung der Betätigungsfläche 3 verformend einwirkt. Diese Verformung des Dehnungsmessstreifens bewirkt eine Veränderung von dessen elektrischen Widerstand. Die Veränderung des elektrischen Widerstands wird dann wiederum für die Erzeugung des Signals ausgewertet.
Das von den Sensoren 12, 13, 15 erzeugte Signal lässt sich entsprechend auswerten und dient dann zum Schalten und/oder Auslösen der jeweiligen Funktion im Kraftfahrzeug in der Art eines Schaltsignals. Wenigstens eines der von den Sensoren 12, 13, 15 erzeugten Signale und/oder ein weiteres aufgrund der Auswertung der von den Sensoren 12, 13, 15 erzeugten Signale veranlasst weiterhin die Erzeugung einer Haptik und/oder Akustik für das Schaltbedienfeld 1. Hierfür ist ein Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element 7 (siehe Fig. 4) vorgesehen, welches mit der Betätigungsfläche 3 in Wirkverbindung steht. Das entsprechende Signal steuert nun einen Aktor 8 zur Betätigung des Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Elements 7 an.
Wie man in Fig. 4 sieht, handelt es sich bei dem Aktor 8 um einen Elektromagneten. Der Elektromagnet 8 besitzt eine Spule 16 sowie einen in der Spule 16 beweglich gelagerten, mit einer Feder 48 beaufschlagten Anker 17. Wird nun der Aktor 8 angesteuert, so erfolgt eine entsprechende Bestromung der Spule 16 des Elektromagneten 8, wodurch wiederum der Anker 17 des Elektromagneten 8 bewegt wird. Der bewegte Anker 17 schlägt dabei auf das blattfederartig ausgestaltete Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element 7 auf. Aufgrund des Aufschlags wird zum einen vom Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Element 7 ein Geräusch in der Art eines Klicken erzeugt, welches dem Benutzer das Schalten des Schaltelements 2 signalisiert. Zum anderen wird die Aufschlagbewegung des Ankers 17 vom Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Element 7 über einen an der Innenseite der Betätigungsfläche 3 angeordneten Stößel 18 auf die Betätigungsfläche 3 übertragen, was wiederum vom Finger 11 des Benutzers als haptische Rückmeldung für das Schalten des Schaltelements 2 gefühlt wird. In diesem Fall betätigt der Aktor 8 das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element 7 im wesentlichen senkrecht zur Betätigungsfläche 3, vorzugsweise derart dass das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element die Betätigungsfläche 3 ebenfalls im wesentlichen senkrecht zu deren Oberfläche bewegt.
In einer weiteren Ausführung ist die Schlagrichtung der Hubmagnete 8 in etwa um 180° gegenüber derjenigen nach Fig. 4 umgedreht, wie man anhand der Fig. 5 sieht. Gemäß Fig. 6 besteht das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element 7 aus einem an der Betätigungsfläche 3 befestigten Bügel 19, und zwar vorliegend aus einem Metallbügel. Bei Ansteuerung des Elektromagneten 8 bewegt sich der Anker 17 des Elektromagneten 8 in Betätigungsrichtung des Fingers 11 und schlägt an dem Bügel 19 an, wobei die Betätigungsfläche 3 für die Haptik geringfügig abgesenkt wird. Gleichzeitig wird beim Anschlag ein Geräusch erzeugt. Zur Verbesserung der Akustik kann an dem Bügel 19 noch zusätzlich ein Akustikelement 20 angeordnet sein, auf das der Anker 17 aufschlägt. Wie man anhand der Fig. 5 sieht, weist das Bedienfeld 1 zwei Bügel 19 sowie Elektromagnete 8 auf.
Bei einer anderen Ausführung gemäß Fig. 7 werden ziehende Hubmagnete 8 verwendet, die bei Bestromung die Betätigungsfläche 3 in Betätigungsrichtung nach unten ziehen. Wie man weiter in Fig. 8 sieht, ist ein gabelartig ausgestaltetes Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element 7 an der Innenseite der Betätigungsfläche 3 befestigt. In die Gabel 23 des Haptikund/oder Akustik-erzeugendes Element 7 ist der Anker 17 des Elektromagneten 8 eingehängt, womit der Aktor 8 ziehend zur Betätigung auf das Haptik- und/oder Akustikerzeugende Element 7 einwirkt. Desweiteren ist an der Innenseite der Betätigungsfläche 3 ein Ansatz 21 angeordnet, der bei Ansteuerung des Aktors 8 und dadurch bewirkter Bewegung der Betätigungsfläche 3 auf ein Tastschaltelement 22 schaltend einwirkt, das dabei ein Klick-Geräusch erzeugt. Somit wird in diesem Fall die Haptik für das Bedienfeld 1 mittels des Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element 7 sowie die Akustik mittels des Tastschaltelements 22 erzeugt. Anstelle eines Tastschaltelements 22 kann auch eine Kurzhubtaste, die beispielsweise einen Betätigungsweg von ca. 0,5 bis 0,6 mm besitzt, eine Schnappscheibe o. dgl. zur Erzeugung der akustischen Rückmeldung verwendet werden.
Bei einer wiederum anderen Ausführung gemäß Fig. 9 und Fig. 10 ist ein Hubmagnet 8 liegend im Gehäuse 4 angeordnet und zieht die Betätigungsfläche 3 in Längsrichtung. Hierfür umfasst die Betätigungsfläche 3 eine Blende 24, einen Blendenträger 25 sowie ein Trägerteil 39. Das Trägerteil 39 ist wiederum an einem Reflektor 26 beweglich, und zwar schwimmend, gelagert. Ein elastisches Element 27 in der Art einer Weichkomponente ist dabei am Reflektor 26 zur Lagerung des Trägerteils 39 angeordnet. Das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element 7 besteht aus einer am Trägerteil 39 mittels einer Schraube 28 befestigten Gabel 29 aus Metall. Bei Ansteuerung des Elektromagneten 8 zieht der Anker 17 des Elektromagneten 8 an der Gabel 29. Der Aktor 8 betätigt somit das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element 7 im wesentlichen parallel zur Betätigungsfläche 3, womit seinerseits das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element 7 die Betätigungsfläche 3 im wesentlichen parallel zu deren Oberfläche bewegt. Die akustische Rückmeldung in der Art eines Doppelklicks wird dabei durch den Kontakt des Ankers 17 mit der metallischen Gabel 29 erzeugt.
Bei nochmals einer weiteren Ausführung gemäß Fig. 11 ist der Hubmagnet 8 wiederum liegend eingebaut und zieht die schwimmend gelagerte Betätigungsfläche 3 über einen Hebel 30 in Längsrichtung. Hierfür umfasst das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element 7 einen vom Anker 17 des Elektromagneten 8 bei Ansteuerung des Elektromagneten 8 längsverschiebbaren Adapter 33 und den mit dem einen Ende am Adapter 33 mittels einer Welle 34 angelenkten Hebel 30, wie man in Fig. 12 sieht. Der Hebel 30 ist in der Nähe seines anderen Endes am Reflektor 26 mittels eines Langloches 31 an einer weiteren Welle 35 angelenkt. Am anderen Ende des Hebels 30 ist weiter eine Nase 32 befindlich. Wird nun der Adapter 33 mittels des Ankers 17 längsverschiebend bewegt, so verdreht sich der Hebel 30 um seine Anlenkungen 34, 35 und wirkt dabei mit der Nase 32 am anderen Ende auf das Trägerteil 39 ein. Dadurch wird wiederum die Betätigungsfläche 3 zur Erzeugung einer Haptik im wesentlichen parallel zu deren Oberfläche bewegt. Der Adapter 33 wird mittels einer Feder 36 gegen den Reflektor 26 beaufschlagt und wirkt bei dessen Bewegung zur Erzeugung einer Akustik in der Art eines Klicks auf ein am Reflektor 26 angeordnetes Tastschaltelement 22 ein
Anhand der beschriebenen Ausführungen für das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element 7 ist erkennbar, dass die Haptik und/oder Akustik für das Bedienfeld 1 entsprechend den Wünschen des Benutzers in weiten Bereichen einstellbar ist. Es eignen sich darüberhinaus folgende weiteren beispielhaften Maßnahmen zur wählbaren Einstellung der Haptik und/oder Akustik:

Werkstoffauswahl,
Geometrie,
Einbaubedingungen,
Ansteuerung Aktuator (beispielsweise mittels Software),
Bauart Aktuator,
Einbaulagen sowie Schnittstelle.

Schließlich ist in einer abermals weiteren Ausführung ein Piezo-Element als Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element und/oder als Sensor verwendet. Hierzu soll zunächst der Piezoeffekt näher erläutert werden.
Wie in Fig. 13 zur Erläuterung gezeigt ist, wird auf das Piezoelement 40 ein Druck mittels eines Drückers 41 ausgeübt. Dabei wird mittels des direkten piezoelektrischen Effekts im Piezoelement 40 eine Umwandlung von mechanischer in elektrischer Energie vorgenommen. Am Piezoelement 40 ist somit eine elektrische Spannung 42 abgreifbar. Der direkte piezoelektrische Effekt wird in Sensoren, Piezozündern, beim Energy Harvesting o. dgl. genutzt. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, wird an das Piezoelement 40 eine elektrische Spannung 42 angelegt. Dabei wird mittels des indirekten piezoelektrischen Effekts im Piezoelement 40 eine Umwandlung von elektrischer in mechanischer Energie vorgenommen. Somit erzeugt das Piezoelement 40 eine Kraft 43. Der indirekte piezoelektrische Effekt wird in schnellen Aktoren genutzt.
In Fig. 15 ist das ein Piezo-Element verwendende Schaltbedienfeld 1 in einer Prinzipskizze näher zu sehen. Das Schaltbedienfeld 1 besitzt ein Gehäuse 4, an dem eine Betätigungsfläche 3 zur manuellen Druckeinwirkung durch den Benutzer angeordnet ist. Ein Sensor 44 steht mit der Betätigungsfläche 3 in Wirkverbindung zur Detektierung der Einwirkung auf die Betätigungsfläche 3. Der Sensor 44 besteht aus einem Piezo-Element, insbesondere basierend auf dem oben beschriebenen direkten und/oder indirekten piezoelektrischen Effekt.
Das Piezo-Element 44 kann insbesondere basierend auf dem direkten und/oder indirekten piezoelektrischen Effekt ebenso als Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element sowie Aktor dienen. Die Funktionsweise eines solchen, mittels eines Piezoelements realisierten, elektrisch und/oder elektronisch ansteuerbaren Aktors 44 zur Ausübung einer Kraft F auf ein Bauelement 46, wobei das Bauelement 46 dann wiederum durch die Kraft F entsprechend bewegbar ist, ist in Fig. 16 dargestellt.
Wie weiter anhand von Fig. 15 zu erkennen ist, ist für die Haptik- und/oder Akustik-Erzeugung das Piezo-Element 44 mit der Betätigungsfläche 3 in Wirkverbindung bringbar, so dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Piezo-Element 44 ein haptischer Effekt für die Betätigungsfläche 3 erzeugbar ist. Es bietet sich an, dass diese beiden Funktionen gemeinsam genützt werden, womit das Piezo-Element 44 als Sensor und als Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element mitsamt Aktor dient. In diesem Fall erzeugt das Piezo-Element 44 als Sensor das Signal bei entsprechender Einwirkung auf die Betätigungsfläche 3. Das Signal steuert anschließend das Piezo-Element 44 zur Erzeugung einer Haptik für die Betätigungsfläche 3 und/oder einer Akustik an. Im Gehäuse 4 befindet sich eine Leiterplatte 5, auf der das Piezo-Element 44 angeordnet ist Ein Betätiger 45 ist an der Betätigungsfläche 3 angeordnet, derart dass der Betätiger 45 die Wirkverbindung zwischen der Betätigungsfläche 3 und dem Piezo-Element 44 herstellt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann das erfindungsgemäße Schaltbedienfeld nicht nur in Bedienfeldern für Kraftfahrzeuge sondern auch in Bedienfeldern an Hausgeräten, Audiogeräten, Videogeräten, Telekommunikationsgeräten o. dgl. Verwendung finden.

Bezugszeichen-Liste:

1:: Schaltbedienfeld / Bedienfeld
2:: Bereich / Schaltelement
3:: Betätigungsfläche
4:: Gehäuse
5:: Leiterplatte
6:: elektrisches/elektronisches Bauteil / Leuchtdiode
7:: Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element
8:: Aktor / Elektromagnet / Hubmagnet
9:: Funktionssymbol
10:: Funktionsanzeige
11:: Element / Finger
12:: (elektrisch leitfähige) Folie / Sensor
13:: Leitbereich / Sensor
14:: Magnet
15:: Hallsensor / Sensor
16:: Spule (von Elektromagnet)
17:: Anker (von Elektromagnet)
18:: Stößel
19:: Bügel
20:: Akustikelement
21:: Ansatz
22:: Tastschaltelement
23:: Gabel
24:: Blende
25:: Blendenträger
26:: Reflektor
27:: elastisches Element
28:: Schraube
29:: Gabel
30:: Hebel
31:: Langloch (an Hebel)
32:: Nase
33:: Adapter
34:: Welle / Anlenkung
35:: (weitere) Welle / Anlenkung
36:: Feder
37:: Lichtleiter (für Funktionssymbol)
38:: Lichtleiter (für Funktionsanzeige)
39:: Trägerteil
40:: Piezoelement
41:: Drücker
42:: Spannung
43:: Kraft
44:: Piezo-Element (Sensor / Aktor)
45:: Betätiger
46:: Bauelement
47:: Halter
48:: Feder

Claims

Schaltbedienfeld für ein Kraftfahrzeug mit einer Betätigungsfläche (3) zur manuellen Einwirkung mittels eines Elements (11), und mit einem mit der Betätigungsfläche (3) derart zusammenwirkenden Sensor, dass der Sensor bei Annäherung des Elements (11) an die Betätigungsfläche (3) und/oder bei Berührung der Betätigungsfläche (3) mittels des Elements (11) und/oder bei Druckeinwirkung mittels des Elements (11) auf die Betätigungsfläche (3) ein Signal erzeugt, wobei das Signal zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion in der Art eines Schaltsignals dient, wobei das Signal einen Aktor (8) zur Erzeugung einer Haptik für das Schaltbedienfeld (1) ansteuert, wobei es sich bei dem Aktor (8) um einen Elektromagneten handelt, und wobei bei Ansteuerung des Aktors (8) der Anker (17) des Elektromagneten (8) durch Bestromung der Spule (16) des Elektromagneten (8) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Betätigungsfläche (3) in Wirkverbindung stehendes Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element (7) vorgesehen ist, dass das Signal den Aktor (8) zur Betätigung des Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Elements (7) ansteuert, und dass das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element (7) aus einem an der Betätigungsfläche (3) befestigten Bügel (19) oder einer an der Betätigungsfläche (3) befestigten Gabel (23) besteht, wobei bei Ansteuerung des Elektromagneten (8) der Anker (17) des Elektromagneten (8) an dem Bügel (19) oder der Gabel (23) zieht und/oder an den Bügel (19) oder an die Gabel (23) schlägt, oder dass das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element (7) einen vom Anker (17) des Elektromagneten (8) bei Ansteuerung des Elektromagneten (8) längsverschiebbaren Adapter (33) und einen mit dem einen Ende am Adapter (33) angelenkten sowie mit dem anderen Ende auf die Betätigungsfläche (3) einwirkenden Hebel (30) umfasst.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (8) das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element (7) im wesentlichen senkrecht zur Betätigungsfläche (3) betätigt, derart dass das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element (7) die Betätigungsfläche (3) im wesentlichen senkrecht zu deren Oberfläche bewegt.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (8) das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element (7) im wesentlichen parallel zur Betätigungsfläche (3) betätigt, derart dass das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element (7) die Betätigungsfläche (3) im wesentlichen parallel zu deren Oberfläche bewegt.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (8) ziehend zur Betätigung auf das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element (7) einwirkt.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (8) schlagend zur Betätigung auf das Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element (7) einwirkt.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (19) oder die Gabel (13) aus einem Metallbügel oder einer Metallgabel bestehen.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (17) an ein an dem Bügel (19) oder an der Gabel (23) angebrachtes Akustikelement (20) schlägt.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsfläche (3) eine Blende (24) sowie ein Trägerteil (39) umfasst, und dass das Trägerteil (39) an einem Reflektor (26) schwimmend beweglich gelagert ist.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsfläche (3) einen Blendenträger (25) umfasst.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Element (27) in der Art einer Weichkomponente am Reflektor (26) zur Lagerung des Trägerteils (39) angeordnet ist.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (30) in der Nähe des anderen Endes am Reflektor (26) angelenkt ist.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nase (32) am anderen Ende des Hebels (30) bei Längsverschiebung des Adapters (33) auf das Trägerteil (39) einwirkt.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ansteuerung des Aktors (8) auf ein Tastschaltelement (22) oder eine Kurzhubtaste oder eine Schnappscheibe zur Erzeugung einer Akustik eingewirkt wird.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Trägerteil (39) und/oder am Adapter (33) angeordneter Ansatz (21) zur Einwirkung auf das Tastschaltelement (22) oder auf die Kurzhubtaste oder auf die Schnappscheibe vorgesehen ist.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltbedienfeld (1) ein Gehäuse (4) zur Aufnahme des Aktors (8) und/oder der Betätigungsfläche (3) aufweist, derart dass die Betätigungsfläche (3) eine im wesentlichen geschlossene Oberfläche am Gehäuse (4) bildet.