EP3298476A1 - Schaltvorrichtung mit haptischer rückkopplung - Google Patents

Abstract

Eine Schaltvorrichtung, insbesondere in Kraftfahrzeugen, umfasst ein Bedienelement (12) mit einer Bedienoberfläche (14), die mehrere Bedienfelder (16) aufweisen kann. Ein im Inneren der Schaltvorrichtung sitzender Haptikaktuator liefert eine haptische Rückmeldung durch Verschieben des Bedienelements (12) in seitlicher Richtung, sobald ein Schaltsignal erzeugt wird. Der Haptikaktuator hat eine Kraft-Weg-Kennlinie mit einem vom Endanschlag entfernten zweiten Kraftmaximum, in dessen Bereich der Arbeitshub gelegt wird.

Description

SCHALTVORRICHTUNG MIT HAPTISCHER RÜCKKOPPLUNG

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, insbesondere in Kraftfahrzeugen, die ein eine Bedienoberfläche aufweisendes Bedienelement umfasst. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schaltvorrichtung, die zum Beispiel am Fahrzeuglenkrad oder im Bereich der Türen oder des Armaturenbrettes oder der Mittelkonsole untergebracht ist und zur Bedienung von mehreren Funktionen eingesetzt wird.

Neuere Schaltvorrichtungen in Fahrzeugen haben üblicherweise eine glatte, durchgehende Oberfläche, unter der mehrere Sensoren untergebracht sind, um verschiedene Einrichtungen im Fahrzeug zu bedienen. Durch die durchgehende Bedienoberfläche am Bedienelement ergibt sich ein hochwertiges Design. Die einzelnen Bedienfelder, die den einzelnen Sensoren zugeordnet sind, werden üblicherweise durch Symbole gekennzeichnet, die beleuchtet sind, indem das Bedienfeld abschnittsweise lichtdurchlässig ausgeführt ist. Die Sensoren, die hinter dem Bedienelement liegen, sind drucksensitiv oder berührungssensitiv. Bei drucksensitiven Sensoren ist es üblich, dass das Bedienelement im jeweiligen Bedienfeld leicht nachgibt, beispielsweise durch eine Eigenelastizität. Da der Schalthub damit unterhalb der Wahrnehmungsgrenze für den Bediener liegt, wird zur Erzielung einer haptischen Rückmeldung für den Bediener das Bedienelement durch einen elektrischen Antrieb minimal seitlich bewegt. Diese minimale seitliche Bewegung kann der Bediener selbst nicht von einem Nachgeben oder Einfedern des Bedienelements unterscheiden, sodass ihm eine Art Einrasten oder Klicken eines Schalters als Rückmeldung einer Schaltbetätigung vorgetäuscht wird. Diese elektrische Motorik umfasst üblicherweise einen elektrischen Haptikaktuator, der mit dem Bedienelement mechanisch gekoppelt ist und dieses bei Auslösen eines Schaltsignals zur Erzeugung eines haptischen Rückmeldesignals verschiebt. Der Haptikaktuator umfasst eine Spule und einen Anker. Der Anker ist in der Spule mit einem oder zwei Endanschlägen gelagert, gegen die er beim Hin- und Herfahren stößt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung insbesondere in Fahrzeugen so zu verbessern, dass die Schaltvorrichtung geringeren Abnutzungen unterworfen ist und im Betrieb sehr leise arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltvorrichtung gelöst, mit einem eine Bedienoberfläche aufweisenden Bedienteil, einem elektrischen Haptikaktuator, der mit dem Bedienteil mechanisch gekoppelt ist und dieses bei Auslösen eines Schaltsignals zur Erzeugung eines haptischen Rückmeldesignals verschiebt, wobei der Haptikaktuator eine Spule, einen durch die Spule verschiebbaren Anker und zumindest einen internen Endanschlag für die Ankerbewegung besitzt, und wobei das Bedienelement so gelagert und so mit dem Haptikaktuator gekoppelt ist, dass der Arbeitshub des Haptikaktuators entfernt vom Endanschlag liegt. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung sieht vor, dass der bislang innerhalb der Spule oder an der Spule vorgesehene Endanschlag für den Anker nicht mehr verwendet wird, da der Arbeitshub, d. h. der Arbeitsbereich des Ankers entfernt vom Endanschlag liegt. Dieser bislang immer genutzte Endanschlag sorgte für Geräusche bei der Bedienung, die als metallische Klappergeräusche oder Vibrationsgeräusche unangenehm waren. Der Arbeitshub ist also erfindungsgemäß vom Endanschlag entfernt, sodass der Anker weder den metallenen Teil des Endanschlags noch einen eventuell daraufgesetzten Dämpfer erreicht, wenn er von der Spule oder durch ein Rückstellelement verschoben wird. Die erfindungsgemäß vorgesehene Verschiebung des Arbeitshubs ist deshalb vor allem nicht offensichtlich, weil der Anker üblicherweise am Endanschlag mit der größten Kraft verschoben wird. Der Haptikaktuator hat also eine Kraft-Weg-Kennlinie mit einem Maximum am Endanschlag, was dahin gehend auch vorteilhaft ist, weil die Bewegung, die der Anker hervorrufen sollte, schnell vonstatten gehen muss, weshalb die Maximalkraft, die die Spule zur Verfügung hat, im Stand der Technik auch ausgenutzt wird. Die Erfindung löst sich bewusst von dieser bisherigen Konzeption. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Haptikaktuator von seinem Endanschlag beginnend eine Kraft-Weg-Kennlinie mit einem vom Endanschlag entfernten Kraftmaximum sowie einem zwischen Endanschlag und Kraftmaximum liegenden Kraftminimum hat, wobei der Arbeitshub des Aktuators in einem vom Endanschlag entfernten Abschnitt liegt. Mit anderen Worten, auch beim erfindungsgemäßen Haptikaktuator hat dieser, wie üblich, am Endanschlag ein Kraftmaximum. Jedoch fällt die Kraft mit zunehmendem Verschiebeweg nicht ab, wie dies bei bisherigen Haptikaktuatoren der Fall war. Vielmehr ist ein zweites, vom Endanschlag entferntes Kraftmaximum vorgesehen, und der Arbeitshub liegt im Bereich um das zweite Kraftmaximum der Kennlinie.

Eine Möglichkeit, um ein solches zweites Maximum im Kraft-Weg-Verlauf zu realisieren, besteht darin, dass ein an die Spule angrenzender ferromagnetischer Kern im Bereich des Arbeitshubs eine unterschiedliche Dicke hat, vorzugsweise eine von einer Ausgangsposition der Spule im Arbeitshub zur Auslenkposition zunehmende Dicke. Der ferromagnetische Kern kann die Spule auch im Wesentlichen komplett umgeben, das heißt einen umlaufenden Hohlprofilquerschnitt haben. Im Bereich der unterschiedlichen Dicke ist beispielsweise ein Luftspalt ausgeführt. Durch den geringeren Eisenquerschnitt im Bereich der reduzierten Dicke nimmt die Feldlinienaufnahmefähigkeit in diesem Bereich ab, umgekehrt steigen die magnetische Sättigung sowie die Kraft mit dem Querschnittszuwachs im ferromagnetischen Kern an. Vorzugsweise nimmt die Dicke des ferromagnetischen Kerns zur Auslenkposition hin kontinuierlich zu. Besonders effektiv ist es, wenn der ferromagnetische Kern oder zumindest der Teil des ferromagnetischen Kerns, der die unterschiedliche Dicke besitzt, zwischen Spule und Anker liegt.

Es kann ein elastisches Rückstellelement vorgesehen sein, welches das Bedienelement und den Anker aus einer durch die Spule ausgelenkten Position in eine Ausgangsposition zurückschiebt. Dieses Rückstellelement kann unmittelbar am Anker anliegen oder an dem Bedienelement.

Das Bedienelement wird, wie zuvor bereits erläutert, vorzugsweise quer zur Richtung der Schaltbetätigung linear verschiebbar gelagert. Die Schaltbetätigungsrichtung ist üblicherweise senkrecht auf die Bedienoberfläche gerichtet oder, wenn die Bedienoberfläche gekrümmt ist, senkrecht auf den Bereich der Bedienoberfläche, welcher das zu betätigende Bedienfeld aufweist.

Der Arbeitshub kann durch zwei Anschläge definiert sein, zwischen denen ein mit dem Anker mechanisch gekoppeltes, zu verschiebendes Teil linear verschiebbar ist. Dieses zu verschiebende Teil ist insbesondere das Bedienelement selbst. Das bedeutet, das Bedienelement und nicht der metallische Anker schlägt an einem Anschlag an, wodurch mehr Dämpfung von Hause aus vorhanden ist, denn das Bedienelement ist üblicherweise aus Kunststoff. Zum anderen sorgt dies dadurch für einen erheblichen Vorteil, weil es zu keinen langen Toleranzketten kommen kann, was die Position und die Erstreckung des Arbeitshubs anbelangt. Das zu betätigende Teil selbst, nämlich das Bedienelement, ist zwischen seinen Anschlägen zu bewegen.

Zur Lagerung kann ein Gehäuseunterteil vorgesehen sein, an welchem die zwei Anschläge ausgebildet sind. Beispielsweise kann das Gehäuseunterteil eine Ausnehmung mit zwei entgegengesetzten Wandabschnitten, die die beiden Anschläge bilden, aufweisen. Ein Fortsatz des zu verschiebenden Teils ragt in die Ausnehmung hinein und schlägt abwechselnd bei betätigtem Aktuator an die Wandabschnitte an. Auch hier ergibt sich eine sehr kurze Toleranzkette, denn das Gehäuseunterteil ist dasjenige Teil, das am Fahrzeug arretiert wird. Das Gehäuseunterteil kann mit einer Aufnahmegeometrie zur Aufnahme und

Lagerung des Haptikaktuators ausgebildet sein, die beispielsweise bei einem Gehäuseunterteil aus Plastik als Vertiefungen in der Spritzgussform ausgebildet sein kann.

Die Schaltvorrichtung ist zum Beispiel in Richtung der Schaltbetätigung im Wesentlichen starr gelagert und hat zumindest einen berührungssensitiven Sensor. Das bedeutet, es ist keine verschiebliche Lagerung für das Bedienelement notwendig, die wiederum dazu führen könnte, dass Spalte zum angrenzenden Teil existieren. Der berührungssensitive Sensor erfordert keine Deformation des Bedienelements, sondern es reicht vielmehr ein Berühren des Bedienelements an einer entsprechenden Stelle, um ein Schaltsignal zu erzeugen. Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die Schaltvorrichtung zumindest einen berührungssensitiven, insbesondere kapazitiven Sensor und/oder zumindest einen drucksensitiven Sensor aufweist, der die Betätigung des Bedienelements detektiert. Das Bedienelement ist z. B. ein einstückiges Teil mit mehreren nebeneinanderliegenden Bedienfeldern, denen jeweils zumindest ein Sensor zugeordnet ist, um die Bedienung dieses Bedienfelds zu detektieren.

Die lineare Lagerung der im Stand der Technik vorgesehenen Bedienelemente ist darüber hinaus verbesserungswürdig, weil sie entweder in der Herstellung aufwendig ist oder bei der Montage zu zusätzlichem Aufwand führt. Aus diesem Grund ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, bei der die Lagerung des Bedienelements einfach und kostengünstig gestaltet ist.

Dies wird bei einer Schaltvorrichtung, vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, dadurch gelöst, dass die Schaltvorrichtung ein eine Bedienoberfläche aufweisendes Bedienelement, einen elektrischen Haptikaktuator, der mit dem Bedienelement mechanisch gekoppelt ist und dieses bei Auslösen eines Schaltsignals zur Erzeugung eines haptischen Rückmeldesignals quer zur Richtung der Schaltbetätigung in einer Verschieberichtung längs einer Linearlagerung verschiebt, wobei die Linearlagerung zumindest eine sich in Verschieberichtung erstreckende Stange und zumindest ein Gleitelement aufweist, das auf der Stange sitzt und relativ zur Stange an ihr entlang verschiebbar ist, und wobei das Bedienelement zusätzlich zur Linearlagerung über eine Clipverbindung gelagert ist, die ein Verschwenken des Bedienelements um die Stange verhindert und ein Bewegen des Bedienelements in Verschieberichtung erlaubt.

Vorzugsweise ist die Clipverbindung hier zwischen dem Bedienelement und dem Gehäuseunterteil vorgesehen, wobei dies jedoch nicht einschränkend zu verstehen ist. Die Stange ist eine sehr einfache Art einer Linearlagerung, die jedoch nur ein Teil der Linearlagerung darstellt. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung sieht nämlich auf der anderen Seite vor, dass das Bedienelement zusätzlich einfach über eine Clipverbindung gelagert ist. Somit sind nicht mehrere Stangen notwendig, die parallel zueinander verlaufen und deren Ausrichtung zu einem erhöhten Aufwand führen würde, sondern eine Linearlagerung mithilfe einer Stange und einer Clipverbindung sorgen für den Halt des Bedienelements. Die Clipverbindung ist jedoch besonders ausgeführt, sie hält das Bedienelement am anderen Teil nur gegen Verschwenken, nicht jedoch gegen Verschieben in Linearrichtung. Zur Anbringung des Bedienelements wird somit das Bedienelement im Bereich der Linearlagerung am anderen Teil befestigt und in Richtung zu diesem Teil verschwenkt, um schließlich ganz einfach eingeclipst zu werden.

Die Stange kann ein separat hergestelltes Teil sein, insbesondere ein Metalldraht oder eine Metallstange, welches über zumindest einen Lagerbock gehalten ist. Der Lagerbock kann beispielsweise am Bedienelement innenseitig einstückig angeformt, das heißt üblicherweise angespritzt sein, was keinen zusätzlichen Herstellungsaufwand erzeugt. Die Stange kann dann in den Lagerbock ganz einfach seitlich oder in Längsrichtung eingeschoben oder eingeclipst werden.

Die Linearlagerung kann längs eines Randes des Bedienelements entlang verlaufen und die Clipverbindung am entgegengesetzten Rand vorgesehen sein, um eine möglichst hohe Stabilität zu generieren.

Die Aufgabe, eine verbesserte Schaltvorrichtung zu schaffen, wird auch durch eine Schaltvorrichtung gelöst, mit einem die Bedienoberfläche aufweisenden Bedienelement, das zumindest ein Bedienfeld hat, dem sowohl ein berührungssensitiver, insbesondere kapazitiver Sensor als auch ein drucksensitiver Sensor zugeordnet ist, wobei die beiden Sensoren so gestaltet sind, dass sie gemeinsam eine Bedienfunktion auslösen.

Zwar gibt es im Stand der Technik Schaltvorrichtungen mit sowohl einem berührungssensitiven als auch mit einem drucksensitiven Sensor, jedoch sind diese Sensoren unterschiedlichen Bedienfunktionen und/oder unterschiedlichen Bedienfeldern zugeordnet. Die erfindungsgemäße Lösung hingegen sieht vor, dass für dieselbe Bedienfunktion und dasselbe Bedienfeld zwei Sensoren, nämlich ein berührungssensitiver und zusätzlich ein drucksensitiver Sensor, zur Verfügung stehen. Durch diese Anordnung ist die Auflösung zum Sensieren der Finger der Bedienperson erheblich gesteigert, Fehlauslösungen oder versehentliche Auslösungen von Funktionen, die dem benachbarten Bedienfeld zugeordnet sind, können vermieden werden. Erst wenn beide Sensoren anschlagen, das heißt einen Finger detektieren als auch einen Druck detektieren, gilt das Bedienfeld als betätigt, und eine Bedienfunktion, die diesem Bedienfeld zugeordnet ist, wird ausgelöst.

Der drucksensitive Sensor liegt vorzugsweise beabstandet vom Bedienelement im Inneren der Schaltvorrichtung. Zur Kraftübertragung ist innenseitig des Bedienelements für jedes Bedienfeld ein, insbesondere als Lichtleiterelement ausgeführter Druckstößel vorhanden. Dieser Druckstößel gibt eine auf das Bedienfeld aufgebrachte Druckkraft zum darunterliegenden drucksensitiven Sensor weiter.

Eine besonders effektive Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Kondensatorplatte des drucksensitiven Sensors zugleich eine Kondensatorplatte eines berührungssensitiven Sensors bildet. Beide Sensoren sind also kapazitive Sensoren. Durch die Doppelfunktion, die eine Kondensatorplatte hat, lassen sich Teile und Bauraum in erheblichem Maße einsparen.

Die Schaltvorrichtungen in Fahrzeugen sind extrem klein bauend, haben aber dennoch auch durch die zahlreichen vorhandenen Teile Toleranzketten. Bei den geringen Schaltwegen oder bei der hohen Erfassungsgenauigkeit ist es wichtig, dass die Teile exakt zueinander positioniert sind.

Die vorliegende Erfindung sorgt ferner für einen vereinfachten Aufbau und für eine Sicherstellung der Ausgangslagen von Teilen, insbesondere im Bereich des Bedienelements und der Sensorik. Dies wird durch eine Schaltvorrichtung erreicht, mit einem eine

Bedienoberfläche aufweisenden Bedienelement, das zumindest ein Bedienfeld hat, dem ein berührungssensitiver Sensor zugeordnet ist, wobei ein elastisch ausgebildetes, elektrisch leitfähiges, mit einer Kondensatorplatte des zumindest einen berührungssensitiven Sensors elektrisch gekoppeltes Toleranzausgleichseelement zwischen zwei angrenzenden Teilen vorgesehen ist. Das elastische Toleranzausgleichselement hat eine Doppelfunktion. Zum einen hat es eine mechanische Funktion, indem es zwischen zwei angrenzenden Teilen geklemmt ist, sodass es diese Teile im Bereich des Sensors und des Bedienelements voneinander wegdrückt und somit in Ausgangsstellungen positioniert. Das Toleranzausgleichselement füllt somit einen Spalt innerhalb der Toleranzkette auf, der bei jeder Schaltvorrichtung eine etwas andere Abmessung besitzt. Die zweite Funktion ist eine elektrische Funktion, denn über das Toleranzausgleichselement wird der sensitive Bereich des Sensors erhöht und näher zum Bedienelement verschoben, sodass die Empfindlichkeit des berührungssensitiven Sensors erhöht wird.

Das Toleranzausgleichselement kann in einem Raum zwischen einer dem Bedienelement abgewandten Stirnseite des Stößels und einem angrenzenden Teil vorgespannt untergebracht sein. Damit hat das Toleranzausgleichselement auf den drucksensitiven Sensor und dessen Auslösung einen vorteilhaften Effekt. Der Stößel wird durch das Toleranzausgleichselement stets in eine Ausgangsstellung gedrückt, sodass keine Rückstellfeder vorgesehen sein muss.

An der dem Bedienelement abgewandten Seite des Stößels kann ein Haltevorsprung vorstehen, welcher das Toleranzausgleichselement seitlich fixiert. Hier kann das Toleranzausgleichselement im Bereich des Haltevorsprungs eine komplementäre Ausnehmung haben, sodass es bei den Vibrationen im Fahrzeug oder während der Betätigung nicht aus seiner Position herausbewegt werden kann. Wie bereits erläutert, ist es möglich, das Toleranzausgleichselement als Rückstellelement für das Bedienelement zu verwenden, insbesondere für ein zugeordnetes Bedienfeld. Das Rückstellelement drückt das Bedienelement von einer eingerückten Schaltstellung in eine Ausgangsstellung zurück. Alternativ oder zusätzlich kann das Bedienelement starr in Bedienrichtung gelagert und zur Betätigung des drucksensitiven Sensors elastisch deformierbar sein, sodass in diesem Fall das Toleranzausgleichselement keine Rückstellfunktion ausüben muss. Optionen zur konstruktiven Ausgestaltung des Toleranzausgleichselements bestehen unter anderem darin, dieses plattenförmig auszubilden und/oder aus elektrisch leitendem Kunststoff, beispielsweise Schaumstoff, herzustellen. Vorzugsweise ist für jedes Bedienfeld ein eigenes Toleranzausgleichselement vorgesehen, und die Toleranzausgleichselemente sind untereinander beabstandet, um jegliche gegenseitige Beeinflussung auszuschließen.

Wenn der drucksensitive Sensor ein kapazitiver Sensor ist, bietet es sich an, das Toleranzausgleichselement mit der angrenzenden Kondensatorplatte des drucksensitiven Sensors elektronisch zu koppeln, wobei das Toleranzausgleichselement in diesem Fall vorzugsweise zwischen dieser Kondensatorplatte und dem Bedienelement liegt, wodurch diese Kondensatorplatte sozusagen in Richtung zur Bedienoberfläche verlängert wird, wodurch der Sensor einen Sensorbereich besitzt, der weiter zum Bedienelement verschoben wird.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Toleranzausgleichselement unmittelbar auf einer Kondensatorplatte des zumindest einen drucksensitiven Sensors aufliegen zu lassen. Natürlich kann diese Kondensatorplatte auch, wie zuvor erläutert, eine gemeinsame Kondensatorplatte des drucksensitiven und des berührungssensitiven Sensors sein.

Zu betonen ist, dass die vorgenannten Merkmale und Optionen auch beliebig untereinander verknüpft werden können, um die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung noch weiter zu optimieren. Eine Einschränkung für diese Kombinationen ist technisch nicht gegeben.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.

In den Zeichnungen zeigen: - Figur 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mit Blick auf das Bedienelement,

Figur 2 eine Seitenansicht der Schaltvorrichtung nach Figur 1 ,

Figur 3 eine perspektivische Draufsicht auf die Schaltvorrichtung nach Figur 1 mit entferntem Bedienelement, Figur 4 eine stark vergrößerte Schnittansicht durch die Schaltvorrichtung im Bereich eines Bedienfeldes,

Figur 5 eine perspektivische Draufsicht auf die demontierte Schaltvorrichtung nach Figur 1 mit Blick auf ein Gehäuseunterteil und einen eingesetzten Haptikaktuator,

Figur 6 eine perspektivische Unteransicht der Schaltvorrichtung nach Figur 1 , die das Bedienelement und den in Figur 5 gezeigten Haptikaktuator darstellt,

Figur 7 eine schematische Schnittansicht durch die Schaltvorrichtung nach Figur 1 im Bereich der Längsachse des Haptikaktuators, und

Figur 8 das Kraft-Weg-Diagramm des Haptikaktuators nach Figur 7.

In Figur 1 ist eine Schaltvorrichtung 10 dargestellt, die in einem Kraftfahrzeug verbaut ist, hier im Bereich des Lenkrads. Zu betonen ist jedoch, dass der Aufbau dieser gezeigten Schaltvorrichtung, welcher im Folgenden erläutert wird, natürlich auch bei einer Schaltvorrichtung verwirklicht werden kann, die in der Armaturentafel oder an einer anderen Stelle im Fahrzeuginnenraum verbaut ist.

In Figur 1 ist die durchgehende, glatte Bedienoberfläche 14 des Bedienelements 12 zu sehen, die mehrere Schaltsymbole aufweist. Diese Schaltsymbole können aufgedruckt sein, sie sind in jedem Fall hinterleuchtet. Dazu ist das Bedienelement 12 abschnittsweise transparent oder transluzent. Die Bedienoberfläche 14 ist glatt, und zwischen den Bedienfeldern 16 ist kein Spalt. Vielmehr ist das Bedienelement 12 als durchgehender, einstückiger, im Wesentlichen starrer Körper ausgeführt.

In Figur 2 ist zu sehen, dass das Außengehäuse der Schaltvorrichtung 10 nicht nur aus dem schalenförmigen Bedienelement 12, sondern auch noch aus einem darunter angeordneten Gehäuseunterteil 18 besteht, welches ebenfalls schalenförmig ausgeführt und aus Plastik ist.

Für jedes Bedienfeld 16 ist eine eigene Sensorik vorhanden, die das Betätigen der entsprechenden Funktion und der entsprechenden Einrichtung im Fahrzeug detektiert. In Figur 3 ist zu sehen, dass für jedes Bedienfeld 16 eine eigene Sensorik vorhanden ist. Hier ist für jedes Bedienfeld 16 ein berührungssensitiver Sensor und zusätzlich auch ein drucksensitiver Sensor vorgesehen, die die Betätigung des Bedienelements an der entsprechenden Stelle detektieren. Durch Vorsehen von zwei unterschiedlichen Sensoren für dasselbe Bedienfeld 16 lässt sich eine sehr hohe Genauigkeit bei der Detektierung eines Bedienvorgangs durch den Nutzer erreichen.

Sowohl der berührungssensitive als auch der drucksensitive Sensor ist in dieser Ausführungsform als kapazitiver Sensor ausgeführt. Eine Leiterplatine 20 mit entsprechenden Schaltkreisen trägt auf ihrer dem Bedienelement 12 zugeordneten Oberseite im Bereich von jedem Bedienfeld 16 eine dünne Metallschicht, beispielsweise aus Kupfer, die die unterste Kondensatorplatte 22 des drucksensitiven Sensors bildet. Durch eine dünne, elastische Folie 24 oder Klebstoffschicht wird die Kondensatorplatte 22 von einer darüberliegenden Kondensatorplatte 26 elektrisch getrennt. Die beiden flexiblen Kondensatorplatten 22, 26 bilden somit den drucksensitiven Sensor 28. Der drucksensitive Sensor 28 kann bereits fertig auf der Leiterplatine 20 aufgebracht sein, oder jeder dieser drucksensitiven Sensoren 28 kann ein fertiges Teil sein, welches erst später auf die Leiterplatine 20 aufgesetzt ist und mit ihr elektrisch verbunden wird.

An die Kondensatorplatte 26 grenzt nach oben hin ein elastisches, aus Kunststoff, zum Beispiel Schaumstoff, bestehendes Toleranzausgleichselement 30 an, welches ebenfalls plattenförmig ausgeführt ist. Das Toleranzausgleichselement 30 ist elektrisch leitend ausgeführt und steht mit der Kondensatorplatte 26 in elektrischer Verbindung, um die Kondensatorplatte 26 zum Bedienelement 12 hin zu verlängern oder zu verdicken.

Die Kondensatorplatte 26 samt elastischem Toleranzausgleichselement 30 bildet darüber hinaus die Kondensatorplatte des berührungssensitiven Sensors 32, der das Berühren der Bedienoberfläche 14 im Bereich des zugeordneten Bedienfelds 16 erfasst. Somit hat die Kondensatorplatte 26 eine Doppelfunktion, indem sie beiden Sensoren 28, 32 zugeordnet ist. Das platten- oder scheibenförmig ausgebildete Toleranzausgleichselement 30 hat eine zentrische Ausnehmung 34, in die ein Haltevorsprung 36 eines Lichtleiterelements 38 hineinragt, um das Toleranzausgleichselement 30 seitlich zu fixieren. Das Lichtleiterelement 38 ist, wie der Name bereits sagt, aus Kunststoff und ist dazu da, das Licht einer zugeordneten LED 40, welche auf der Leiterplatine 20 sitzt (siehe Figur 3) und seitlich in das Lichtleiterelement 38 eingeleitet wird, zum Bedienelement 12 weiterzuleiten, um das entsprechende Symbol zu hinterleuchten.

Das Lichtleiterelement 38 berührt die Unterseite des Bedienelements 12 und wird durch das Toleranzausgleichselement 30 leicht nach oben vorgespannt, da das Toleranzausgleichselement 30 vorgespannt zwischen zwei angrenzenden Teilen, nämlich dem Lichtleiterelement 38 und dem Sensor 28 und damit der Leiterplatine 20, sitzt.

Seitliche Halterungen 42 zwischen den Lichtleiterelementen 38 lagern diese. Das Lichtleiterelement 38 ist gleichzeitig ein Druckstößel, denn es leitet die minimale Auslenkung beim Eindrücken oder Drücken des Bedienelements 12, welches starr in Bedienrichtung A gelagert ist, in den drucksensitiven Sensor 28. Die minimale Auslenkung bei der Bedienung erfolgt vorzugsweise durch elastische Deformation des Bedienelements 12. Der drucksensitive Sensor 28 ist so empfindlich, dass die Zwischenschaltung des Toleranzausgleichselements 30 nicht nachteilig für die Erfassung einer Schaltbetätigung ist. Das Toleranzausgleichselement 30 unterstützt zumindest die Rückstellung des Bedienelements 12 in die Ausgangsstellung aus der eingerückten Schaltstellung und kann hier als Rückstellelement dienen. Ist das Bedienelement 12 nicht starr gelagert, sondern in Bedienrichtung A nachgiebig, so kann das Toleranzausgleichselement 30 sogar das einzige Rückstellelement sein. Das Auslösen der dem betätigten Bedienfeld 16 zugeordneten Bedienfunktion erfolgt nur, wenn beide Sensoren 28, 32 eine Bedienung tatsächlich auch detektieren, das heißt in Schaltstellung gebracht wurden. Durch den berührungssensitiven Sensor 32 erhöht sich noch einmal die Auflösung der ganzen Sensorik erheblich. Beim Schalten soll dem Nutzer eine Rückmeldung gegeben werden, dass auch tatsächlich nun ein Schaltsignal abgegeben wird. Die Rückmeldung an den Nutzer erfolgt durch ein haptisches Rückmeldesignal, wofür das Bedienelement 12 seitlich minimal durch einen Haptikaktuator 44, siehe Figuren 5 und 6, hin- und herverschoben wird.

Die Auslenkung (Arbeitshub) des Bedienelements 12 beträgt nur wenige Zehntel Millimeter, vorzugsweise etwa 0,2 mm. Für diese Auslenkung ist das Bedienelement 12 seitlich beweglich gelagert. Diese Lagerung ist eine Linearlagerung, indem an einem Längsrand 46 des Gehäuseunterteils 18 eine Stange 48 verläuft, die vorzugsweise aus Metall und damit separat hergestellt ist und die fest in am Gehäuseunterteil 18 angespritzten Lagerböcken 50 sitzt. Das Bedienelement 12 besitzt auf seiner Unterseite ebenfalls angespritzte Gleitelemente 51 , welche ebenfalls auf der Stange 48 sitzen, die aber mit einem minimalen Spiel zur Stange 48 versehen sind, sodass das Bedienelement 12 linear an der Stange 48 entlang verfahren werden kann oder auch zu ihr verschwenkt werden könnte.

An dem dem Rand 46 entgegengesetzten Rand 52 ist eine Clipverbindung 54 zwischen Bedienelement 12 und Gehäuseunterteil 18 ausgebildet, die das Verschwenken des Bedienelements 12 verhindert. Die Clipverbindung 54 umfasst eine Lasche 56 mit einem Fenster, die am Bedienelement 12 ausgeformt ist, und einen hakenförmigen Vorsprung 58, welcher wiederum am Gehäuseunterteil 18 ausgeformt ist (siehe auch Figur 2). Die Clipverbindung wirkt in Schwenkrichtung, das heißt in Richtung um die

Stange 48 herum, sie lässt jedoch eine Bewegung längs der Stange 48 zu, wie der Doppelpfeil in Figur 2 symbolisiert. Für die seitliche Bewegung ist, wie gesagt, ein elektrisch betätigter Haptikaktuator 44 verantwortlich, der in Figur 7 zu erkennen ist. Der Haptikaktuator 44 umfasst eine Spule 60, welche von einem hohlringförmigen ferromagnetischen Kern 62 umgeben ist, welcher mehrteilig ausgeführt ist und einen ersten Ring 64 sowie einen seitlich darübergeschobenen, zweiten Ring 66 umfasst. Im Inneren der Spule 60 und des ferromagnetischen Kerns 62 sitzt ein linear verschiebbarer Anker 68, der, wie die Figuren 4 und 5 zeigen, über eine im Gehäuseunterteil 18 angeformte Aufnahmegeometrie 70 gelagert ist. Eine entsprechende Aufnahmegeometrie ist auch für den Rest des Haptikaktuators 44 vorhanden, wie Figur 5 zeigt. Über einen in eine Nut 72 im Anker 68 eingeclipste Rippe 74, die auf der Unterseite des Bedienelements 12 vorsteht, wird der Anker 68 mit dem Bedienelement 12 gekoppelt. Die Rippe 74 ist im Bereich der Nut 72 so ausgeführt, dass sie in axialer Richtung spielfrei in der Nut 72 sitzt, sodass jede kleinste Bewegung des Ankers 68 zu einer Auslenkung des Bedienelements 12 führt.

Die Betätigung bei eingeschalteter Spule 60 führt bei dieser Ausführungsform zu einem Bewegen des Ankers 68 nach rechts, wobei die Gegenbewegung in diesem Fall durch ein elastisches Rückstellelement 80 erfolgt, welches entweder über einen Stößel oder direkt auf den Anker 68 wirkt. Im Inneren des Haptikaktuators ist ein Magnet 82 vorgesehen (siehe Figur 7), der gleichzeitig als Endanschlag für den Anker 68 wirkt. Dieser Endanschlag wird jedoch vom Arbeitshub nicht erreicht, sodass keine Klappergeräusche auftreten können. Der Arbeitshub h (siehe Figur 8) wird nämlich für den Haptikaktuator 44 so positioniert, dass er entfernt von diesem Endanschlag liegt. Hierzu hat das Bedienelement 12 an seinem zum Gehäuseunterteil 18 angrenzenden unteren Rand (siehe Figur 2) eine Ausnehmung 86, in die ein Fortsatz 88 vom Gehäuseunterteil 18 hineinragt.

In Figur 2 ist der entstehende Spalt zwischen den beiden Teilen übertrieben groß darstellt. Der Arbeitshub h beträgt nur etwa wenige Zehntel Millimeter, wogegen ohne diesen Anschlag das Bedienelement 12 um mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 2 mm, in Richtung quer zur Schaltbetätigungsrichtung A linear verschieblich wäre. Natürlich kann auch umgekehrt die Ausnehmung 86 am Gehäuseunterteil 18 und der Fortsatz 88 am Bedienelement 12 vorgesehen sein. In jedem Fall dienen die beiden gegenüberliegenden Wandabschnitte 90 der Ausnehmung 86 als Anschläge für den Fortsatz 88.

Der Haptikaktuator 44 hätte sein Kraftmaximum eigentlich dann, wenn der Anker 68 am Anschlag, hier dem Magnet 82, anliegen würde. Da jedoch bewusst diese Ausgangsposition nicht erreicht werden kann, ist der verwendete Elektromagnet so ausgeführt, dass er in seinem Kraft-Weg-Diagramm (siehe Figur 8) ein zweites Maximum 91 aufweist, in dessen Bereich H der Arbeitshub h gelegt ist. Aufgrund der möglichen Toleranzen ist es schwer, die exakte Lage des Arbeitshubs h von vorneherein festzulegen. Aus diesem Grund ist der Bereich H so gewählt, dass der Arbeitshub h stets in einem Bereich innerhalb des größeren Bereichs H liegt, der nach wie vor eine hohe, auf den Anker 68 ausgeübte Kraft sicherstellt.

Dieses zweite Kraftmaximum 91 wird dadurch erreicht, dass der ferromagnetische Kern 62 ungleichmäßig dick ist. Genauer hat zum Beispiel einer der beiden Ringe, hier der Ring 66, auf seiner kreiszylindrischen Innenwand ein konisch auslaufendes Ende 92, über das die Dicke zum Ende hin zunehmend geringer wird. Damit wird die Feldlinienaufnahmefähigkeit in diesem Bereich geringer, und umgekehrt steigen die magnetische Sättigung sowie die Kraft mit dem Querschnittszuwachs zum Magneten 82 hin an.

Das im Kraft-Weg-Diagramm des Haptikaktuators 44 liegende Kraftminimum zwischen dem Maximum bei Auslenkung 0 (entspricht Position des Ankers 68 am Anschlag) und dem zweiten Kraftmaximum 90 trägt das Bezugszeichen 94.

Claims

Patentansprüche

1 . Schaltvorrichtung, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem eine Bedienoberfläche (14) aufweisenden Bedienelement (12), einem elektrischen Haptikaktuator (44), der mit dem Bedienelement (12) mechanisch gekoppelt ist und dieses bei Auslösen eines Schaltsignals zur Erzeugung eines haptischen Rückmeldesignals verschiebt, wobei der Haptikaktuator (44) eine Spule (60), einen durch die Spule (60) verschiebbaren Anker (68) und zumindest einen internen Endanschlag für die Ankerbewegung besitzt, und wobei das Bedienelement (12) so gelagert und so mit den Haptikaktuator (44) gekoppelt ist, dass der Arbeitshub (h) des Haptikaktuators (44) entfernt vom Endanschlag liegt.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Haptikaktuator (44) von seinem Endanschlag beginnend eine Kraft-Weg- Kennlinie mit einem vom Endanschlag entfernten Kraftmaximum (91 ) sowie einem zwischen Endanschlag und Kraftmaximum (91 ) liegenden Kraftminimum (94) hat, wobei der Arbeitshub (h) des Haptikaktuators (44) in einem vom Endanschlag entfernten Abschnitt (H) liegt.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Spule (60) ein ferromagnetischer Kern angrenzt, der im Bereich des Arbeitshubs (h) eine unterschiedliche Dicke hat, vorzugsweise eine von einer Ausgangsposition zur Auslenkposition zunehmende Dicke.

4. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Rückstellelement (80) vorgesehen ist, welches das Bedienelement (12) und den Anker (68) aus einer durch die Spule (60) ausgelenkten Position in eine Ausgangsposition zurückschiebt.

5. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (12) quer zur Richtung der Schaltbetätigung linear verschiebbar gelagert ist.

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitshub durch zwei Anschläge definiert ist, zwischen denen ein mit dem Anker (68) mechanisch gekoppeltes, zu verschiebendes Teil, insbesondere das Bedienelement (12), linear verschiebbar ist.

7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseunterteil (18) vorgesehen ist, an welchem die zwei Anschläge ausgebildet sind, insbesondere dass das Gehäuseunterteil (18) oder das zu verschiebende Teil eine Ausnehmung (86) mit zwei gegenüberliegenden Wandabschnitten (90), die die beiden Anschläge bilden, besitzt, wobei ein Fortsatz (88) des zu verschiebenden Teils bzw. des Gehäuseunterteils (18) in die Ausnehmung (86) hineinragt und bei betätigtem Haptikaktuator (44) abwechselnd an die Wandabschnitte anschlägt.

8. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung in Richtung der Schaltbetätigung im Wesentlichen starr gelagert ist und zumindest einen berührungssensitiven Sensor (28) hat.

9. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung zumindest einen berührungssensitiven, insbesondere kapazitiven Sensor (28) und/oder zumindest einen drucksensitiven Sensor (32) aufweist, der die Betätigung des Bedienelements (12) detektiert.

10. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (12) ein einstückiges Teil ist und mehrere nebeneinanderliegende Bedienfelder (16) hat, denen jeweils zumindest ein Sensor (28, 32) zugeordnet ist.

1 1 . Schaltvorrichtung, vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem eine Bedienoberfläche (14) aufweisenden Bedienelement (12), einem elektrischen Haptikaktuator (44), der mit dem Bedienelement (12) mechanisch gekoppelt ist und dieses bei Auslösen eines Schaltsignals zur Erzeugung eines haptischen Rückmeldesignals quer zur Richtung der Schaltbetätigung in einer Verschieberichtung längs einer Linearlagerung verschiebt, wobei die Linearlagerung zumindest eine sich in Verschieberichtung erstreckende Stange (48) und zumindest ein Gleitelement (51 ) aufweist, das auf der Stange (48) sitzt und relativ zur Stange (48) an ihr entlang verschiebbar ist, und wobei dass das Bedienelement (12) zusätzlich zur Linearlagerung über eine Clipverbindung (54) gelagert ist, die ein Verschwenken des Bedienelements (12) um die Stange (48) verhindert und ein Bewegen des Bedienelements (12) in Verschieberichtung erlaubt.

12. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (48) ein separat hergestelltes Teil ist, welches über zumindest einen Lagerbock gehaltert ist.

13. Schaltvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearlagerung längs eines Randes des Bedienelements (12) entlang verläuft und die Clipverbindung am entgegengesetzten Rand vorgesehen ist.

14. Schaltvorrichtung, vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem eine Bedienoberfläche (14) aufweisenden Bedienelement (12), das zumindest ein Bedienfeld (16) hat, dem sowohl ein berührungssensitiver, insbesondere kapazitiver Sensor (32) als auch ein drucksensitiver Sensor (28) zugeordnet ist, wobei die beiden Sensoren (28, 32) so geschaltet sind, dass sie gemeinsam eine Bedienfunktion auslösen.

15. Schaltvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass innenseitig des Bedienelements (12) für jedes Bedienfeld (16) ein, insbesondere als Lichtleiterelement (38) ausgeführter Druckstößel vorhanden ist, der eine auf das Bedienfelder (16) aufgebrachte Druckkraft zu dem drucksensitiven Sensor (28) weitergibt.

16. Schaltvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kondensatorplatte (26) des drucksensitiven Sensors (28) zugleich eine

Kondensatorplatte (26) eines berührungssensitiven Sensors (32) bildet.

17. Schaltvorrichtung, vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem eine Bedienoberfläche (14) aufweisenden Bedienelement (12), das zumindest ein Bedienfeld (16) hat, dem ein berührungssensitiver Sensor (32) zugeordnet ist, wobei ein elastisch ausgebildetes, elektrisch leitfähiges, mit einer Kondensatorplatte (26) des zumindest einen berührungssensitiven Sensors (32) elektrisch gekoppeltes Toleranzausgleichselement (30) zwischen zwei angrenzenden Teilen vorgesehen ist.

18. Schaltvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (30) in einem Raum zwischen einer dem

Bedienelement (12) abgewandten Stirnseite des Druckstößels und einem angrenzenden Teil vorgespannt untergebracht ist, insbesondere wobei von der dem Bedienelement (12) abgewandten Stirnseite des Druckstößels ein Haltevorsprung (36) vorsteht, welcher das Toleranzausgleichselement (30) seitlich lagefixiert.

19. Schaltvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (30) als Rückstellelement für das Bedienelement (12), insbesondere für das zugeordnete Bedienfeld (16), zum Bewegen des Bedienelements von einer eingerückten Schaltstellung in eine Ausgangsstellung ausgebildet ist und/oder dass das Bedienelement (12) starr in Bedienrichtung gelagert ist und zur Betätigung des drucksensitiven Sensors (28) elastisch deformierbar ist.

20. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (30) plattenförmig ausgebildet ist und/oder ein elektrisch leitender Kunststoff, insbesondere ein Schaumstoff ist.

21 . Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (30) mit der angrenzenden Kondensatorplatte (26) des drucksensitiven Sensors (28) elektronisch gekoppelt ist und/oder dass das Toleranzausgleichselement (30) unmittelbar auf einer Kondensatorplatte (26) des zumindest einen drucksensitiven Sensors (28) aufliegt.

22. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Kondensatorplatte (22) des zumindest einen drucksensitiven Sensors (28) auf einer mit elektrischen Schaltkreisen versehenen Platine (20) sitzt.

23. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine drucksensitiven Sensor (28) zwei durch eine elastische Folie (24) miteinander verbundene Kondensatorplatten (22, 26) aufweist.