EP2633535B1

EP2633535B1 - Schaltbedienfeld

Info

Publication number: EP2633535B1
Application number: EP11784417.5A
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: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN103250221A; CN103282988A; CN103250221B; CN103282988B; DE102011117123A1; WO2012055563A1; DE102011117121A1; EP2633535A1; EP2633534B1; DE102011117125A1; DE102011117120A1; WO2012055564A1; DE102011117124A1; EP2633534A1

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 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.
Als Sensoren werden in herkömmlicher Weise elektrische Schalter, Schnappscheiben o. dgl. verwendet. Hierbei handelt es sich um direkt bewegliche Schaltelemente. Diese machen einen mechanischen Kontakt zwischen der Betätigungsfläche und dem Sensor erforderlich, was wiederum beispielsweise zu Verschleiß führt. Außerdem sind zur Betätigung der Schaltelemente entsprechende bewegliche Betätigungsorgane erforderlich, die aus der Oberfläche des Schaltbedienfeldes herausragen, so dass die Gefahr des Eindringens von Schadstoffen in das Schaltbedienfeld an den Betätigungsorganen besteht. Desweiteren sind diese herkömmlichen Schaltelemente kostenintensiv sowie in ihrer Funktionalität eingeschränkt.
Aus der US 2009/0140994 A1 ist weiter ein Schaltbedienfeld bekannt, bei dem die Betätigungsfläche mit gitterartig angeordneten elektrischen Leiterbahnen versehen ist, so dass aufgrund der Kapazitätsänderung die vom Finger des Benutzers auf der Betätigungsfläche berührte Position ermittelbar ist. Durch weiteres Drücken auf die Betätigungsfläche wird ein elektrisches Schaltelement geschaltet, wodurch wiederum die der jeweiligen Position auf der Betätigungsfläche zugehörige Funktion im Kraftfahrzeug ausgelöst wird. Das Schaltbedienfeld verwendet somit neben dem kapazitiv arbeitenden Sensor wiederum ein herkömmliches elektrisches Schaltelement.
Weiterhin ist in der US 2009/0057124 A1 ein Schaltbedienfeld beschrieben, das mit einem kapazitiv arbeitenden Sensor oder mit Halleffekt-Sensoren zur Signalerzeugung versehen ist. Schließlich zeigt noch die EP 0 254 966 A2 eine Folientastur, die Dehnungsmessstreifen zur Signalerzeugung verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltbedienfeld im Hinblick auf eine Wirkverbindung ohne mechanischen Kontakt zwischen der Betätigungsfläche und dem Sensor weiterzuentwickeln. Bevorzugterweise soll das Schaltbedienfeld derart weiterentwickelt werden, dass die Gefahr des Eindringens von Schadstoffen verringert und die Betriebssicherheit somit erhöht ist. Weiter bevorzugterweise soll das Schaltbedienfeld im Hinblick auf eine kostengünstige Sensorik weiterentwickelt werden. Noch weiter bevorzugterweise soll das Schaltbedienfeld im Hinblick auf eine erweiterte Funktionalität weiterentwickelt werden.
Insbesondere sollen auch noch nachfolgende Anforderungen erfüllt werden. Die Druckerfassung ohne mechanischen Kontakt zwischen den Bauteilen in einem Bedienfeld ohne direkt bewegliches Schaltelement, wie elektrischer Schalter, Schnappscheibe o. dgl., soll realisiert werden. Die Empfindlichkeit und/oder Wegänderung sollen einstellbar sein. Eine Erhöhung der Lebensdauer des Bedienfeldes, vor allem im Hinblick auf die Anzahl der Betätigungen, soll erzielt werden. Der Einfluss der Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile in Betätigungsrichtung (Z-Richtung) soll minimiert werden. Desweiteren soll eine einfache Montage erreicht werden.
Insbesondere soll die Realisierung der Sensorik, also der Druckerfassung, bei Bedienfeldern ohne herkömmliche Schaltelemente, wie Schalter, Schnappscheiben o. dgl., erfolgen.
Insbesondere soll die Realisierung der Näherungserkennung bei Bedienfeldern mit und/oder ohne ausleuchtbare Bereiche erfolgen.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schaltbedienfeld durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Schaltbedienfeld bildet die Betätigungsfläche eine im wesentlichen geschlossene Oberfläche. Vorteilhafterweise ist ein Eindringen von Schadstoffen an der geschlossenen Oberfläche verhindert, so dass die Funktionssicherheit des Schaltbedienfeldes gesteigert ist. Durch die Verwendung von Sensoren, die lediglich mit der Betätigungsfläche zusammenwirken, kann auf direkt bewegliche Schaltelemente verzichtet werden. Der Sensor besteht aus einem Hallsensor, wobei ein magnetisiertes Element mit der Betätigungsfläche in Wirkverbindung stehen kann, derart dass das magnetisierte Element korrespondierend zu einer Bewegung der Betätigungsfläche bewegbar ist. Die Änderung des magnetischen Feldes am Hallsensor bei Bewegung des magnetisierten Elements kann zur Erzeugung des Signals ausgewertet werden. Geschaffen ist somit ein Konzept für die Druckerfassung zur Betätigung des Schaltbedienfeldes mittels eines Hallsensors. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßigerweise weist das Schaltbedienfeld ein Gehäuse zur Aufnahme 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.
In einer zweckmäßigen sowie kompakten Ausgestaltung umfasst die Betätigungsfläche eine Blende, gegebenenfalls einen Blendenträger sowie ein Trägerteil. In einfacher Art und Weise bietet es sich an, dass ein Betätiger an der Betätigungsfläche angeordnet ist, wobei der Betätiger am Trägerteil befindlich sein kann, und wobei zweckmäßigerweise dann an der der Betätigungsfläche abgewandten Seite des Betätigers das magnetisierte Element angeordnet sein kann. Weiterhin kann in einfacher Art und Weise der Hallsensor auf einer im Gehäuse befindlichen Leiterplatte angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführung erfolgt die Realisierung der Sensorik, also der Druckerfassung, bei Bedienfeldern ohne herkömmliche Schaltelemente, wie Schalter, Schnappscheiben o. dgl., indem der Sensor mit einem Dehnungsmessstreifen (DMS) ergänzt ist. Es erfolgt somit die Anwendung von DMS (Dehnungsmessstreifen) in einem Bedienfeld als Sensor. Der Sensor kann derart mit der Betätigungsfläche in Wirkverbindung stehen, dass die Einwirkung des Elements auf die Betätigungsfläche eine Verformung des Dehnungsmessstreifens bewirkt. Die durch die Verformung im Dehnungsmessstreifen bewirkte Veränderung des elektrischen Widerstands kann dann zur Erzeugung des Signals ausgewertet werden.
Der Dehnungsmessstreifen kann in kompakter sowie funktionssicherer Ausgestaltung an einem Federelement befestigt sein, derart dass das Federelement mitsamt dem Dehnungsmessstreifen durch die Druckeinwirkung auf die Betätigungsfläche verformt wird. In einfacher Weise kann hierzu der Dehnungsmessstreifen am Federelement aufgeklebt sein. Zwecks einfacher Montage kann das Federelement als ein elastisch federnder Bereich an einem Hohlkörperteil befindlich sein.
Desweiteren kann in kompakter Art ein Betätiger an der Betätigungsfläche angeordnet sein, derart dass die Einwirkung auf die Betätigungsfläche mittels des Betätigers auf das Federelement übertragen wird. Insbesondere kann diese Einwirkung auf den federnden Bereich des Hohlkörperteils übertragen werden. Weiterhin kann in einfacher Art und Weise das Hohlkörperteil auf einer im Gehäuse befindlichen Leiterplatte angeordnet sein.
In einer abermals weiteren Ausführung weist der Sensor eine elektrisch leitfähige Folie auf. Die elektrisch leitfähige Folie kann in und/oder an der Betätigungsfläche angeordnet sein, derart dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein elektrisches Feld im Bereich der Betätigungsfläche erzeugbar ist. Die durch die Einwirkung des Elements auf die Betätigungsfläche hervorgerufene Veränderung des elektrischen Feldes, insbesondere dessen kapazitive Veränderung, kann zur Erzeugung des Signals ausgewertet werden. Damit ist eine kapazitive Erfassung der Bedienung des Schaltbedienfeldes, beispielsweise für die Näherungserkennung, geschaffen.
In einer die Funktionalität des Schaltbedienfeldes erweiternden Ausgestaltung kann die Betätigungsfläche wenigstens zwei Bereiche in der Art von Schaltelementen aufweisen. Die elektrisch leitfähige Folie kann ebenfalls wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierte Leitbereiche aufweisen. Bevorzugterweise ist die elektrisch leitfähige Folie dann derart angeordnet, dass jedem Bereich an der Betätigungsfläche ein Leitbereich zugeordnet ist. Mit Hilfe einer solchen Ausgestaltung lässt sich in einfacher Art und Weise detektieren, welches Schaltelement vom Benutzer betätigt wird.
In weiterer Ausgestaltung sind im Gehäuse Leuchtdioden, die zweckmäßigerweise auf einer Leiterplatte angeordnet sein können, zur Beleuchtung der Betätigungsfläche befindlich. In kompakter Art kann ein Reflektor zur Halterung der Leiterplatte im Gehäuse angeordnet sein. Zwecks effektiver sowie verlustarmer Weiterleitung des Lichts können Lichtleiter von den Leuchtdioden zur Betätigungsfläche führen.
Wiederum kann die Betätigungsfläche eine Blende, gegebenenfalls einen Blendenträger sowie ein Trägerteil umfassen. In einfacher Art und Weise kann die elektrisch leitfähige Folie durch Einlegen zwischen dem Blendenträger und dem Trägerteil, durch Kleben an den Blendenträger, durch Umspritzen und/oder Hinterspritzen mittels des Blendenträgers o. dgl. befestigt sein. In montagefreundlicher sowie funktionssicherer Art kann die elektrisch leitfähige Folie mittels eines Steckers, einer Steckerbuchse o. dgl. auf der Leiterplatte elektrisch kontaktiert sein.
In weiterer Ausgestaltung ist die elektrisch leitfähige Folie für Licht in dem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich oder in einem sonstigen zweckmäßigen Bereich, beispielsweise im Infrarot-Bereich, im wesentlichen transparent. Zweckmäßigerweise ist dann ebenfalls der Blendenträger für sichtbares oder sonstiges Licht im wesentlichen transparent. Zwecks Vermeidung von Streuungen, Verlusten o. dgl. kann das Trägerteil für sichtbares oder sonstiges Licht im wesentlichen undurchlässig sein.
Für besonders bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schaltbedienfeldes ist nachfolgendes festzustellen.
Um die genannte Aufgabe zu lösen, wird ein Hallsensor, beispielsweise ein eindimensionaler Hallsensor (1D-Sensor) oder ein dreidimensionaler Hallsensor (3D-Sensor), eingesetzt. Dieser kann auf der Leiterplatte direkt oder auf anderen Bauteilen positioniert werden. Über dem Sensor wird ein magnetisiertes Medium, beispielsweise ein Magnet, platziert. Bei einer Wegänderung, welche zum Beispiel durch eine Betätigung der Bedienoberfläche durch den Bediener entsteht, ändert sich der Abstand zwischen dem Magnet und Sensor. Diese Wegänderung wird elektronisch als Betätigung ausgewertet.
Ein Dehnungsmessstreifen(DMS) wird auf einem federnden Element im Bedienfeld befestigt. Bei einer Betätigung der Bedienoberfläche durch den Bediener wird das federnde Element verformt und somit auch die DMS. Die dabei entstandene Widerstandsänderung des DMS kann ausgewertet werden.
Das kapazitive Konzept für das Schaltelement ist mittels leitfähiger transparenter Folie realisiert. Die Befestigung und/oder Montage der Folie ist durch Kleben, Einlegen, Umspritzen im Werkzeug o. dgl. möglich. Kontaktiert wird auf die Leiterplatte mittels eines Stecker und/oder einer Steckerbuchse und/oder einer sonstigen beliebigen Kontaktierung.
Insgesamt ist ein Konzept für die kapazitive Erfassung der Bedienung des Schaltbedienfeldes mittels einer leitfähigen transparenten Folie geschaffen. Das Schaltbedienfeld bietet die größtmögliche Fläche für die kapazitive Erfassung, wobei die Folie direkt unter der Bedienoberfläche im ausleuchtbaren Bereich, und zwar mit oder ohne Display, untergebracht werden kann. Auf diese Weise wird die bestmögliche kapazitive Erfassung des Bedieners, beispielsweise von dessen Finger, und die maximal mögliche Ausleuchtung erreicht. Die Lösung beansprucht außerdem so wenig wie möglich Bauraum.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Möglichkeit geschaffen ist, kleinste Wegänderungen, und zwar unter 0,01 mm, sicher zu erfassen. Vorteilhafterweise ist damit ein Bedienfeld mit "Nullweg" möglich. Desweiteren ist die Empfindlichkeit einstellbar. Da kein mechanischer Kontakt zwischen den Bauteilen stattfindet, wird der Einfluss der Toleranzen in Betätigungsrichtung für das Schaltbedienfeld (Z-Richtung) stark minimiert. Außerdem tritt kein mechanischer Verschleiß auf. Schließlich ist auch eine SMD-Bestückung des Hallsensors möglich, womit das Schaltbedienfeld auch besonders kostengünstig ist.
Die weiterhin mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Möglichkeit geschaffen ist, um die Sensorik ohne herkömmliche Schaltelemente mit Weg zu realisieren Vorteilhafterweise erhält man ein Bedienfeld mit "Nullweg" und bei Bedarf auch mit "Nullkraft". Desweiteren ist eine Einsparung von Bauraum im Bedienfeld gegeben. Schließlich ist das mit einem Dehnungsmessstreifen ausgestattete Schaltbedienfeld auch besonders kostengünstig.
Die noch weiter mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die bestmögliche kapazitive Erfassung des Bedieners, beispielsweise von dessen Finger, direkt im ausleuchtbaren Bereich auf kleinstem Bauraum realisiert ist. Schließlich ist das mit einer elektrisch leitfähigen Folie ausgestattete Schaltbedienfeld auch besonders kostengünstig und es ist desweiteren eine Einsparung von Bauraum im Bedienfeld gegeben.
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 Schnitt durch das Bedienfeld aus Fig. 1 im Bereich eines Displays,
Fig. 5: einen Schnitt durch das Bedienfeld aus Fig. 1 im Bereich eines Symbols,
Fig. 6: einen Schnitt durch das Bedienfeld aus Fig. 1 mit Darstellung der Kontaktierung der Leitfolie,
Fig. 7: einen Schnitt durch das Bedienfeld aus Fig. 1 im Bereich des Hallsensors,
Fig. 8: einen Schnitt wie in Fig. 7 mit Darstellung der Betätigung des Hallsensors,
Fig. 9: ein Bedienfeld mit einem Dehnungsmessstreifen als Sensor in einer das Prinzip zeigenden Explosionsdarstellung,
Fig. 10: die Funktionsweise des Sensors aus Fig. 9 sowie eine Schnittdarstellung dieses Sensors und
Fig. 11: einen Schnitt durch das Bedienfeld aus Fig. 1 im Bereich eines Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Elements.

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 im wesentlichen 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, wie in Fig. 5 zu sehen ist, 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, die die eigentliche Bedienoberfläche für den Benutzer darstellt, 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.
Anhand der Fig. 3 erkennt man, dass die elektrisch leitfähige Folie 12 durch Einlegen zwischen dem Blendenträger 25 und dem Trägerteil 39 im Gehäuse 4 befestigt ist. Selbstverständlich kann die elektrisch leitfähige Folie 12 auch durch Kleben an den Blendenträger 25, durch Umspritzen und/oder Hinterspritzen der elektrisch leitfähigen Folie 12 mittels des Blendenträgers 25 o. dgl. befestigt sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist. Die Blende 24 besteht zumindest im Sichtbereich bzw. an der Bedienoberfläche aus elektrisch schlecht oder elektrisch nicht leitendem Werkstoff. Die elektrisch leitfähige Folie 12 ist mittels eines Verbindungsteils 51 über eine Steckerbuchse 50, einen Stecker oder einer sonstigen zweckmäßig gewählten Kontaktverbindung auf der Leiterplatte 5 elektrisch kontaktiert, wie man in Fig. 6 sieht. Bei Bedarf kann das Bedienfeld 1 ein in Fig. 4 gezeigtes Display 52 aufweisen.
Die elektrisch leitfähige Folie 12 ist für Licht im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich im wesentlichen transparent, um eine gute Ausleuchtung der Funktionssymbole 9 und/oder der Funktionsanzeigen 10 zu gewährleisten. Ebenso ist der Blendenträger 25 für sichtbares Licht im wesentlichen transparent. Das Trägerteil 39 hingegen ist für sichtbares Licht im wesentlichen undurchlässig, um Streustrahlung in die nicht zu beleuchtenden Bereiche an der Blende 24 zu verhindern. Falls notwendig kann die elektrisch leitfähige Folie 12 und/oder der Blendenträger 25 auch für sonstige Strahlung, beispielsweise für Infrarot-Strahlung, durchlässig sein.
Wie weiter anhand der Fig. 2 zu erkennen ist, steht ein magnetisiertes Element 14 mit der Betätigungsfläche 3 in Wirkverbindung. Hierfür ist gemäß Fig. 7 der Magnet 14 an der dem Inneren des Gehäuses 4 zugewandten Seite der Betätigungsfläche 3 an einem als Halter 47 dienenden Betätiger angeordnet, wobei der Betätiger 47 wiederum Bestandteil des Trägerteils 39 ist. 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, wozu das Trägerteil 39 mittels eines elastischen Lagers 53 am Reflektor 26 angeordnet ist. Diese in Fig. 8 mit dem Pfeil 54 dargestellte Bewegung des Magneten 14, die korrespondierend zur Bewegung der Betätigungsfläche 3 ist, 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.
Die in Fig. 3 gezeigte Betätigungsfläche 3 bzw. das Trägerteil 39 ist mit Magneten 14 bestückt, deren Anzahl designabhängig korrespondierend zur Anzahl der Schaltelemente 2 gewählt ist. Alternativ kann die Betätigungsfläche 3 auch an sich magnetisch ausgebildet sein. Anhand der Fig. 8 ergibt sich die Funktion des Schaltelements 2. Die Wegänderung, die sich durch die Betätigung der Oberfläche der Betätigungsfläche 3 durch den Bediener ergibt, wird mittels einer Auswerteelektronik erfasst und als Betätigung ausgewertet. Der Hallsensor 15 dient somit zur Druckerfassung für die Betätigungsfläche 3. Die Vorteile dieses Systems bestehen in:

SMD-Bestückung des Hallsensors 15 ist möglich.
Kleinste Wegänderungen (unter 0,01 mm) der Betätigungsfläche 3 werden sicher erfasst. Ein Bedienfeld 1 mit "Nullweg" ist möglich. Die Empfindlichkeit ist einstellbar.
Da kein mechanischer Kontakt zwischen den Bauteilen stattfindet, wird der Einfluss von Toleranzen in Z-Richtung (Betätigungsrichtung) stark minimiert.
Kein mechanischer Verschleiß.

Ergänzend zu dem Hallsensor 15 kann auch ein Dehnungsmessstreifen 55 als Sensor Verwendung finden, auf den die Durchbiegung der Betätigungsfläche 3 verformend einwirkt, wie in Fig. 9 zu sehen ist. Der Dehnungsmessstreifen 55 steht wiederum mit der Betätigungsfläche 3 in Wirkverbindung, derart dass die Einwirkung des Elements 11 auf die Betätigungsfläche 3 eine Verformung des Dehnungsmessstreifens 55 bewirkt. Diese Verformung des Dehnungsmessstreifens 55 bewirkt eine Veränderung von dessen elektrischen Widerstand. Die Veränderung des elektrischen Widerstands wird dann wiederum für die Erzeugung des Signals ausgewertet.
Wie in Fig. 10 zu sehen ist, ist ein Betätiger 56 an der Betätigungsfläche 3 angeordnet. Wird nun mittels des Elements 11 eine Kraft 57 auf die Betätigungsfläche 3 ausgeübt, so wird diese Einwirkung auf die Betätigungsfläche 3 mittels des Betätigers 56 auf ein Federelement 58 übertragen. Der Dehnungsmessstreifen 55 ist an dem Federelement 58 befestigt, beispielsweise am Federelement 58 aufgeklebt. Aufgrund der Einwirkung der Druckkraft 57 wird somit das Federelement 58 mitsamt dem Dehnungsmessstreifen 55 entsprechend verformt.
Wie man weiter anhand von Fig. 10 erkennt, ist das Federelement 58 als ein elastisch federnder Bereich an einem Hohlkörperteil 59 befindlich. Der Dehnungsmessstreifen 55 ist im Inneren des Hohlkörperteils 59 am federnden Bereich 58 angebracht und damit vor schädlichen Einflüssen geschützt. Die Druckkraft 57 wird also mittels des Betätigers 56 auf den federnden Bereich 58 des Hohlkörperteils 59 und vom federnden Bereich 58 wiederum auf den Dehnungsmessstreifen 55 übertragen. Das Hohlkörperteil 59 ist schließlich auf der im Gehäuse 4 befindlichen Leiterplatte 5 angeordnet.
Das von den Sensoren 12, 13, 15, 55 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, 55 erzeugten Signale und/oder ein weiteres aufgrund der Auswertung der von den Sensoren 12, 13, 15, 55 erzeugten Signale kann weiterhin die Erzeugung einer Haptik und/oder Akustik für das Schaltbedienfeld 1 veranlassen. Hierfür ist ein Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element 7 (siehe Fig. 11) vorgesehen, welches mit der Betätigungsfläche 3 in Wirkverbindung steht. Das entsprechende Signal kann nun einen Aktor 8 zur Betätigung des Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Elements 7 ansteuern.
Wie man in Fig. 11 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.
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 / magnetisiertes Element
15:: Hallsensor / Sensor
16:: Spule (von Elektromagnet)
17:: Anker (von Elektromagnet)
18:: Stößel
24:: Blende
25:: Blendenträger
26:: Reflektor
37:: Lichtleiter (für Funktionssymbol)
38:: Lichtleiter (für Funktionsanzeige)
39:: Trägerteil
47:: Halter / Betätiger
48:: Feder
50:: Steckerbuchse
51:: Verbindungsteil
52:: Display
53:: (elastisches) Lager
54:: Pfeil
55:: Dehnungsmessstreifen / Sensor
56:: Betätiger
57:: Kraft / Druckkraft
58:: Federelement / federnder Bereich
59:: Hohlkörperteil

Claims

Schaltbedienfeld für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse (4) für die Aufnahme 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, und wobei ein Betätiger (47) an der Betätigungsfläche (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsfläche (3) eine geschlossene Oberfläche am Gehäuse (4) bildet, dass der Sensor aus einem Hallsensor (15) sowie einem an der der Betätigungsfläche (3) abgewandten Seite des Betätigers (47) angeordneten magnetisierten Element (14) besteht, dass sich die Betätigungsfläche (3) bei Druckeinwirkung mittels des Elements (11) durchbiegt, derart dass sich das magnetisierte Element (14) korrespondierend zur Einwirkung des Elements (11) auf die Betätigungsfläche (3) bewegt, und dass die Änderung des magnetischen Feldes am Hallsensor (15) bei Bewegung des magnetisierten Elements (14) zur Erzeugung des Signals ausgewertet wird.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mit einem an einem Federelement (58) befestigten Dehnungsmessstreifen (55) sowie dem die Einwirkung des Elements (11) auf die Betätigungsfläche (3) zum Federelement (58) übertragenden Betätiger (56) ergänzt ist.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsfläche (3) eine Blende (24) sowie ein Trägerteil (39) umfasst.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsfläche (3) einen Blendenträger (25) umfasst.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (47) am Trägerteil (39) befindlich ist.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (15) auf einer im Gehäuse (4) befindlichen Leiterplatte (5) angeordnet ist.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (55) derart mit der Betätigungsfläche (3) in Wirkverbindung steht, dass die Einwirkung des Elements (11) auf die Betätigungsfläche (3) eine Verformung des Dehnungsmessstreifens (55) bewirkt, und dass die durch die Verformung im Dehnungsmessstreifen (55) bewirkte Veränderung des elektrischen Widerstands zur Erzeugung des Signals ausgewertet wird.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsmessstreifen (55) am Federelement (58) aufgeklebt ist, derart dass das Federelement (58) mitsamt dem Dehnungsmessstreifen (55) durch die Einwirkung auf die Betätigungsfläche (3) verformt wird.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (58) als ein elastisch federnder Bereich an einem Hohlkörperteil (59) befindlich ist, wobei die Einwirkung auf die Betätigungsfläche (3) mittels des Betätigers (56) auf den federnden Bereich (58) des Hohlkörperteils (59) übertragen wird.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkörperteil (59) auf der im Gehäuse (4) befindlichen Leiterplatte (5) angeordnet ist.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine elektrisch leitfähige Folie (12) aufweist, dass die elektrisch leitfähige Folie (12) in und/oder an der Betätigungsfläche (3) angeordnet ist, derart dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein elektrisches Feld im Bereich der Betätigungsfläche (3) erzeugbar ist, und dass die durch die Einwirkung des Elements (11) auf die Betätigungsfläche (3) hervorgerufene kapazitive Veränderung des elektrischen Feldes zur Erzeugung des Signals ausgewertet wird.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsfläche (3) wenigstens zwei Bereiche (2) in der Art von Schaltelementen aufweist, dass die elektrisch leitfähige Folie (12) wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierte Leitbereiche (13) aufweist, und dass die elektrisch leitfähige Folie (12) derart angeordnet ist, dass jedem Bereich (2) an der Betätigungsfläche (3) ein Leitbereich (13) zugeordnet ist.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (4) Leuchtdioden (6), die auf der Leiterplatte (5) angeordnet sind, zur Beleuchtung der Betätigungsfläche (3) befindlich sind, und dass Lichtleiter (37, 38) von den Leuchtdioden (6) zur Betätigungsfläche (3) führen.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflektor (26) zur Halterung der Leiterplatte (5) im Gehäuse angeordnet ist.
Schaltbedienfeld nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (39) mittels eines elastischen Lagers (53) am Reflektor (26) angeordnet ist.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Folie (12) durch Einlegen zwischen dem Blendenträger (25) und dem Trägerteil (39) und/oder durch Kleben an den Blendenträger (25) und/oder durch Umspritzen und/oder Hinterspritzen mittels des Blendenträgers (25) befestigt ist, und dass die elektrisch leitfähige Folie (12) mittels eines Steckers oder einer Steckerbuchse (50) auf der Leiterplatte (5) elektrisch kontaktiert ist.
Schaltbedienfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Folie (12) für Licht im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich im wesentlichen transparent ist, dass der Blendenträger (25) für sichtbares Licht im wesentlichen transparent ist, und dass das Trägerteil (3) für sichtbares Licht im wesentlichen undurchlässig ist.