EP4623215A1 - Bedienvorrichtung für ein kraftfahrzeug mit einem durch aerostatische luftlagerung gelagerten bedienelement - Google Patents

Bedienvorrichtung für ein kraftfahrzeug mit einem durch aerostatische luftlagerung gelagerten bedienelement

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Publication number
EP4623215A1
EP4623215A1 EP24799174.8A EP24799174A EP4623215A1 EP 4623215 A1 EP4623215 A1 EP 4623215A1 EP 24799174 A EP24799174 A EP 24799174A EP 4623215 A1 EP4623215 A1 EP 4623215A1
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EP
European Patent Office
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bearing shell
operating element
air
operating
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
EP24799174.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Kramer
Wolfgang Käfer
Tobias LEIBER
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Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to an operating device for a motor vehicle with an operating element mounted by an aerostatic air bearing.
  • a bearing based on contact between the bearing partners usually creates a stick-slip effect on the one hand and a resistance - albeit slight - on the other hand, which is often noticeable to the operator when used in an operating device. If the operating device is to record precise and especially small operating inputs, this is made more difficult by the stick-slip effect.
  • the contact points or movement paths of bearing elements that directly touch the operating element of the operating device can leave permanent marks on the operating element that are perceptible to the operator.
  • Air or gas bearings can be further divided into aerostatic and aerodynamic bearings, where the two bearings moving relative to each other are separated by a thin film of air or a thin air cushion. This ensures stick-slip and friction-free movement of the bearings.
  • air bearings are atypical for operating devices, as an aerostatic bearing usually does not provide sufficient movement to the The air film is created and air must be constantly supplied for aerodynamic storage, which requires additional components and is therefore cost-intensive.
  • the constant air supply also creates unfavorable acoustic effects, which is particularly disadvantageous for control devices in vehicles.
  • haptic feedback or locking positions are often desired, which contradicts or excludes the possibility of fine and, in particular, free operability.
  • the invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and providing a smooth operating device suitable for fine operating inputs.
  • an operating device for a motor vehicle has an operating element and a bearing shell, which partially surrounds or accommodates the operating element and on which the operating element is mounted by an aerostatic air bearing so that it can rotate freely, i.e., without limitation or stop, about at least one rotational axis.
  • a pressure chamber is provided and in particular arranged or formed, which is partially delimited by the bearing shell, into which an air supply opens, which can be understood, for example, as a hose or pressure coupling.
  • the bearing shell is permeable to air and, as explained below, is made in particular of a porous material and is therefore permeable to air. According to the invention, air can be conveyed as a lubricating medium via the air supply and the pressure chamber through the air-permeable bearing shell into an air cushion between the operating element and the bearing shell.
  • a lighting element can also be provided which is designed to couple light into the operating element and thereby illuminate it.
  • the plug or insert can be arranged in the pressure outlet and thus be part of the operating device.
  • An insert for flow control can be arranged in the pressure outlet and extend into the pressure chamber, so that at least one flow guide element and/or at least one flow channel can be formed by the insert in the pressure chamber.
  • the insert or its section extending into the pressure chamber can also extend to the opening of the air supply into the pressure chamber and, if necessary, connect to it in a pressure-tight manner.
  • the operating device further comprises an actuator for closing and opening the pressure outlet, so that the closed pressure outlet is pressure-tight and fluidically closed and the open pressure outlet can be flowed through by fluid, specifically air or gas.
  • the pressure chamber with the air supply and the pressure outlet can be designed as a Venturi nozzle.
  • the actuator itself can be designed as a Venturi nozzle.
  • an insert or flow insert inserted into the pressure outlet can alternatively be designed as a Venturi nozzle.
  • the air flowing in at the air supply and flowing out at the pressure outlet can be controlled by the actuator and a flow through the bearing shell into the pressure chamber can be generated, thereby creating a negative pressure that fixes the operating element to the bearing shell.
  • the operating device can further comprise a control device for controlling the actuator, which is designed to control the actuator to generate a negative pressure for locking the operating element and/or for generating haptic feedback on the operating element and/or for simulating locking steps on the operating element.
  • a control device for controlling the actuator which is designed to control the actuator to generate a negative pressure for locking the operating element and/or for generating haptic feedback on the operating element and/or for simulating locking steps on the operating element.
  • haptic feedback can be used to specifically generate a vibration of the control element so that the operator can be informed when a certain position has been reached or when a control input has been successfully entered. Since, for example, when entering operating information in simple lists or in a matrix, a detent on the operating element is helpful, as it makes it clear to the operator how to jump between the various list or matrix fields, a respective detent on the operating element can be simulated depending on a display or the vehicle function to be operated, in which the operating element is temporarily and briefly locked after a predetermined path, e.g. for 500 ms.
  • a predetermined path e.g. for 500 ms.
  • the operating device can also further comprise a pump for providing a continuous air flow to the air supply.
  • the pump can be connected directly, i.e., immediately to the air supply or via a flow channel and, for example, a hose. It is already sufficient and preferably provided if the pump provides a pressure of less than 1 bar and in particular between 0.3 and 0.8 bar, whereby a volume flow of less than 10 l/min and in particular between 3 and 6 l/min can be generated by the pump or is sufficient for the aforementioned functions.
  • the bearing shell can have a concave wall section for receiving and gripping the operating element, which in particular corresponds to the outer surface of the operating element and more preferably corresponds to a spherical segment.
  • the wall section has a constant or uniform wall thickness and/or a locally limited material weakening in a geometric center of the wall section and/or a main bearing point.
  • the locally limited material weakening can preferably extend in the form of a recess from the side of the bearing shell facing away from the operating element to the side facing the operating element, wherein the recess is in turn preferably conical, truncated cone-shaped, or channel-shaped.
  • the wall thickness which may be constant or uniform with the exception of the material weakening, is also preferably less than 5 mm and in particular in a range between 2 and 4 mm.
  • the recess or material weakening serves to provide an increased air flow in the main bearing point of the control element in the bearing shell compared to the adjacent areas.
  • the material of the bearing shell can be made of graphite, aluminum, or plastic, for example.
  • the air permeability of the bearing shell can be achieved, for example, by a plurality of holes arranged in a predetermined pattern, but preferably and optionally additionally by a porosity of the material or the bearing shell.
  • a porous bearing shell has the particular advantage that it also acts as a silencer, so that the air flowing out of the bearing shell produces little or no noise.
  • the operating device can have a housing into which the bearing shell can be inserted and which delimits the pressure chamber in sections, so that the pressure chamber is preferably formed by the bearing shell and the pressure chamber.
  • the housing has a first section for receiving the bearing shell and a second section for holding the operating element on the bearing shell, wherein holding the operating element in the bearing shell means that the operating element is movable, for example rotatable, on or in the bearing shell while maintaining a predetermined air gap for forming the air cushion.
  • a first clamping element for fixing the bearing shell in the housing is arranged in and/or on the second section.
  • a second clamping element for holding the operating element in the housing is arranged in and/or on the second section.
  • a pressure equalization channel can also be provided, in or on which a silencer can be formed or arranged, so that from the second section into the Air flowing into the pressure chamber can be sucked in through the pressure equalization channel and air flowing from the pressure chamber into the second section can escape through the pressure equalization channel.
  • a housing this can also preferably be spring-loaded in exactly one direction, so that the operating element is spring-loaded together with the housing when pressure or an input is applied to the operating element, which can be detected by a sensor and evaluated as an operating input.
  • Fig. 1 shows an operating device in section
  • Fig. 2 shows a bearing shell of an operating device in section.
  • FIG. 1 shows a perspective and cross-sectional view of an operating device 1 for a motor vehicle.
  • This device allows an operator to make operating inputs by rotating a spherical operating element 10 around the X, Y, and Z axes, thereby operating, for example, an infotainment system of the motor vehicle.
  • the operating element 10 is mounted on an air bearing.
  • an air-permeable bearing shell 20 made of porous material surrounds the operating element 10 in sections, so that the bearing shell 20 has a wall section 21 corresponding to the operating element 10 and correspondingly concave, and an air cushion can be formed between the wall section 21 and the operating element 10.
  • the air cushion serving as the bearing is supplied with air through the air-permeable bearing shell 20 from a pressure chamber 31, wherein the pressure chamber 31 is formed on a side of the bearing shell 20 facing away from the operating element 10.
  • a conical recess is provided as a locally limited material weakening 22 at a main bearing or main support point of the bearing shell 20 according to Figure 2, ie in the geometric center of the wall section 21 of the bearing shell 20 shown in Figure 2, as can be clearly seen in Figure 2, so that the bearing shell 20 in the area of the material weakening 22 is less resilient than the adjacent or surrounding area of the wall section 21 is easier and more strongly permeable by air.
  • the operating device 1 shown in Figure 1 it further comprises a housing 40 in which the bearing shell 20 is received in a first section 41 and fixed by a first clamping element 43. Accordingly, the pressure chamber 31 is completely defined or formed by the housing 40 and the bearing shell 20.
  • the operating element 10 which is designed as a ball, is also surrounded by the housing 40 up to a center plane of the operating element 10, is received in a second section 42 of the housing 40 and is held therein by a second clamping element 44, so that the operating element 10 cannot be removed from the housing 40 without releasing the second clamping element 44, but the intended air cushion can be formed between the operating element 10 and the bearing shell 20.
  • a path sensor 46 designed as an optical sensor and thus operating without contact is also arranged in the second section 42 of the housing 40, by means of which the operating inputs made by the operator on the operating element 10 can be translated into corresponding electronic signals and transmitted to a control unit of the motor vehicle.
  • an air supply 32 opens into the pressure chamber 31, wherein a pressure outlet 33 is also provided, which is closed with a plug 34.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Bedienelement (10) und einer Lagerschale (20), welche das Bedienelement (10) abschnittsweise umgreift und an welcher das Bedienelement (10) frei um zumindest eine Rotationsachse (X, Y, Z) rotierbar durch eine aerostatische Luftlagerung gelagert ist, wobei an einer von dem Bedienelement (10) abgewandten Seite der Lagerschale (20) eine abschnittsweise durch die Lagerschale (20) begrenzte Druckkammer (31) vorgesehen ist, in welche eine Luftzuführung (32) mündet, wobei die Lagerschale (20) luftdurchlässig ausgebildet ist und Luft als Schmiermedium über die Luftzuführung (32) und den Druckraum (30) durch die Lagerschale (20) in ein Luftpolster zwischen dem Bedienelement (10) und der Lagerschale (20) förderbar ist.

Description

Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem durch aerostatische Luftlagerung gelagerten Bedienelement
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem durch eine aerostatische Luftlagerung gelagerten Bedienelement.
Grundsätzlich sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Bedienvorrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt, welche auf unterschiedlichste Art gelagert sind und beispielsweise der Bedienung des Infotainmentsystems des Fahrzeugs dienen.
Eine auf Kontakt der Lagerungspartner basierende Lagerung erzeugt jedoch einerseits meist einen Stick-slip-Effekt und andererseits einen - wenn auch geringen - Widerstand, welcher bei der Verwendung in einer Bedienvorrichtung durch den Bediener oftmals wahrnehmbar ist. Sollen durch die Bedienvorrichtung präzise und insbesondere auch kleine Bedieneingaben erfasst werden, wird dies durch den Stick-slip-Effekt erschwert.
Weiter kommt hinzu, dass die Kontaktpunkte oder Bewegungsbahnen von Lagerelementen, welche das Bedienelement der Bedienvorrichtung unmittelbar berühren, bleibende bzw. für den Bediener wahrnehmbare Spuren auf dem Bedienelement hinterlassen können.
Neben verschiedenen Lagern, welche auf unmittelbaren Kontakt der Lagerungspartner bzw. auf unmittelbaren Kontakt der Lagerungspartner mit dazwischenliegenden Lagerelementen basieren, sind auch sogenannte Gasoder Luftlager bekannt, bei welchen Gas oder Luft als Schmiermedium zwischen den Lagerungspartnern verwendet wird.
Vorliegend wird vereinfacht auf Luft als Schmiermittel Bezug genommen, wobei hierunter jedes als Schmiermittel geeignete Gas zu verstehen und umfasst ist.
Luft- bzw. Gaslager sind weiter in aerostatische oder aerodynamische Lager zu unterteilen, wobei die beiden zueinander bewegten Lagerungspartner durch einen dünnen Luftfilm bzw. durch ein dünnes Luftpolster getrennt sind. Dadurch wird eine stick-slip- und reibungsfreie Bewegung der Lagerungspartner erreicht.
Aerostatische Lager bauen den notwendigen Luftfilm bei einer Bewegung der Lagerungspartner selbst auf, sodass keine Luft zugeführt werden muss aber zumindest inertial Reibung erzeugt wird. Abweichend davon ist ein aerodynamisches Lager auf die ständige Zufuhr von Luft angewiesen, um seine Lagerfunktion zu erfüllen.
Bezogen auf Bedienvorrichtungen sind Luftlager jedoch untypisch, da für eine aerostatische Lagerung meist keine ausreichende Bewegung zum Aufbau des Luftfilms erzeugt wird und für eine aerodynamische Lagerung ständig Luft zugeführt werden muss, was zusätzliche Komponenten erfordert und daher kostenintensiv ist.
Weiter kommt hinzu, dass durch die ständige Luftzufuhr auch ungünstige akustische Effekte erzeugt werden, was insbesondere für Bedienvorrichtungen in Fahrzeugen nachteilhaft ist.
Unabhängig von einer auf Kontakt beruhenden Lagerung und einem Luftlager kommt für Bedieneinrichtungen ferner hinzu, dass an diesen oftmals ein haptisches Feedback oder Raststellungen gewünscht sind, was der Möglichkeit einer feinen und insbesondere zugleich freien Bedienbarkeit entgegensteht bzw. ausschließt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine leichtgängige und für feine Bedieneingaben geeignete Bedienvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird daher eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Bedienvorrichtung weist hierfür ein Bedienelement und eine Lagerschale auf, welche das Bedienelement abschnittsweise umgreift bzw. aufnimmt und an welcher das Bedienelement frei d.h. ohne Begrenzung oder Anschlag um zumindest eine Rotationsachse rotierbar durch eine aerostatische Luftlagerung gelagert ist. An einer von dem Bedienelement abgewandten Seite der Lagerschale ist eine abschnittsweise durch die Lagerschale begrenzte Druckkammer vorgesehen und insbesondere angeordnet bzw. ausgebildet, in welche eine Luftzuführung mündet, welche beispielsweise als Schlauch- oder Druckkupplung verstanden werden kann. Die Lagerschale ist dabei luftdurchlässig und wie im Weiteren noch erläutert insbesondere aus einem porösen Material und dadurch luftdurchlässig ausgebildet. Erfindungsgemäß ist entsprechend Luft als Schmiermedium über die Luftzuführung und den Druckraum durch die luftdurchlässige Lagerschale in ein Luftpolster zwischen dem Bedienelement und der Lagerschale förderbar.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass vorzugsweise zumindest ein beispielsweise als optischer Sensor ausgebildeter Wegaufnehmer vorgesehen sein kann, welcher ausgebildet ist, einen von dem Bedienelement bzw. einen auf einer Oberfläche des Bedienelements um die zumindest eine Rotationsachse zurückgelegten Weg, um welchen das Bedienelement um die Rotationsachse rotiert wurde, insbesondere kontaktlos zu erfassen. Als Weg ist hierbei sowohl die Strecke als auch der Verlauf der Strecke zu verstehen.
Ferner und insbesondere bei der Verwendung eines transparenten Materials für das Bedienelement kann zudem ein Beleuchtungselement vorgesehen sein, welches ausgebildet ist, Licht in das Bedienelement einzukoppeln und dieses dadurch zu beleuchten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Druckkammer einen Druckausgang aufweist, welcher ausgebildet ist, sowohl von einem den Druckausgang druckdicht verschließenden Stopfen als auch von einem als Strömungseinsatz bezeichenbarer Einsatz zur Strömungssteuerung verschließbar zu sein.
Weiter kann der Stopfen oder der Einsatz in dem Druckausgang angeordnet und mithin Teil der Bedienvorrichtung sein.
Ein Einsatz zur Strömungssteuerung kann dabei im Druckausgang angeordnet sein und sich in den Druckraum hinein erstecken, sodass in dem Druckraum zumindest ein Strömungsleitelement und/oder zumindest ein Strömungskanal durch den Einsatz gebildet sein können. Der Einsatz bzw. sein sich in den Druckraum erstreckender Abschnitt kann sich hierbei auch bis an die Mündung der Luftzuführung in den Druckraum erstrecken und an diese ggfs. auch druckdicht anschließen.
Dadurch, dass in dem Druckausgang sowohl ein Stopfen als auch ein Strömungseinsatz einsetzbar ist, kann die Bedienvorrichtung auf die jeweils gegebenen Anforderungen angepasst und gemäß einem Baukastenprinzip in verschiedenen Varianten realisiert werden. Ist beispielsweise die im Weiteren noch erläuterte vorübergehende Fixierung des Bedienelements in der Lagerschale gewünscht, kann ein Strömungseinsatz vorgesehen werden. Ist diese Funktion nicht gewünscht, wird der Druckausgang mit dem Stopfen verschlossen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Bedienvorrichtung ferner einen Aktor zum Schließen und Öffnen des Druckausgangs aufweist, sodass der geschlossene Druckausgang also druckdicht und strömungstechnisch verschlossen und der geöffnete Druckausgang von Fluid und hier konkret Luft bzw. Gas durchströmbar ist. Davon ausgehend können verschiedene Varianten realisiert sein, um jeweils einen Unterdrück an der Lagerschale zu erzeugen und das Bedienelement dadurch vorübergehend in der Lagerschale zu fixieren. So kann die Druckkammer mit der Luftzuführung und dem Druckausgang als Venturidüse ausgebildet sein. Alternativ kann der Aktor selbst als Venturidüse ausgebildet ist. Weiter kann alternativ ein in den Druckausgang eingesetzter Einsatz bzw. Strömungseinsatz als Venturidüse ausgebildet sein. Bei jeder der Varianten gilt, dass jeweils durch die an der Luftzuführung einströmende und am Druckausgang ausströmende Luft durch den Aktor gesteuert eine Strömung durch die Lagerschale in die Druckkammer und ein das Bedienelement an der Lagerschale fixierender Unterdrück erzeugbar ist.
Obgleich bei der beschriebenen Variante jeweils ein Aktor und eine separate Venturidüse oder ein außerhalb des Druckausgangs angeordneter Aktor, welcher als Venturidüse ausgebildet ist, vorgesehen sein kann, sieht eine weitere Variante der Erfindung vor, dass die Bedienvorrichtung ferner einen solchen Aktor zum Schließen und Öffnen des Druckausgangs aufweist, wobei der Aktor selbst als ein in den Druckausgang eingesetzter Einsatz bzw. Strömungseinsatz und zugleich als Venturidüse ausgebildet ist, sodass wiederum durch die an der Luftzuführung einströmende und am Druckausgang ausströmende Luft durch den Aktor gesteuert eine Strömung durch die Lagerschale in die Druckkammer und ein das Bedienelement an der Lagerschale fixierender Unterdrück erzeugbar ist. Hier ist also nicht ein Aktor zugleich als Venturidüse bzw. Strömungseinsatz ausgebildet und an dem Druckausgang angeordnet, sondern in dem Druckausgang.
Bei beiden Varianten hat ein jeweiliger Strömungseinsatz auf einer von dem Bedienelement abgewandten Seite des Druckausgangs vorzugsweise einen zu dem Stopfen identischen Formfaktor bzw. Außenform.
Weiter kann die Bedienvorrichtung bei beiden Varianten jedoch ferner eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung des Aktors aufweisen, welche ausgebildet ist, den Aktor einen Unterdrück zum Sperren des Bedienelements und/oder zum Erzeugen eines haptischen Feedbacks am Bedienelements und/oder zur Simulation von Rastschritten an dem Bedienelement erzeugend anzusteuern. Dabei ist jeder der Varianten als vorübergehendes Fixieren des Bedienelements an bzw. in der Lagerschale zu verstehen.
Durch das Sperren des Bedienelements soll dem Benutzer bzw. dem Bediener angezeigt und signalisiert werden, dass eine Bedieneingabe derzeit d.h. für die Dauer der Sperrung nicht möglich ist.
Mit einem haptischen Feedback kann beispielsweise gezielt ein Vibrieren des Bedienelements erzeugt werden, sodass dem Bediener das Erreichen einer bestimmten Position oder eine erfolgreiche Bedieneingabe angezeigt werden kann. Da beispielsweise bei der Bedieneingabe in einfachen Listen oder in einer Matrix eine Rastung des Bedienelements hilfreich ist, durch welches der Sprung zwischen den verschiedenen Listen- oder Matrixfeldern für den Bediener ersichtlich ist, kann also in Abhängigkeit einer Anzeige bzw. der zu bedienenden Fahrzeugfunktion eine jeweilige Rastung des Bedienelements simuliert werden, in dem nach einem jeweils vorbestimmten Weg jeweils vorübergehend und kurzzeitig d.h. z.B. für 500 ms das Bedienelement gesperrt wird.
Zur Bereitstellung einer Luft bzw. Druckluft oder, wie einleitend bereits erwähnt, allgemein eines Gases kann die Bedienvorrichtung auch ferner eine Pumpe zur Bereitstellung eines kontinuierlichen Luftstroms an der Luftzuführung aufweisen, wobei die Pumpe direkt d.h. unmittelbar an der Luftzuführung angeschlossen oder über einen Strömungskanal und beispielsweise einen Schlauch mit diesem verbunden sein kann. Dabei ist es bereits ausreichend und vorzugsweise vorgesehen, wenn die Pumpe einen Druck unter 1 bar und insbesondere zwischen 0,3 und 0,8 bar bereitstellt, wobei von dieser weiter ein Volumenstrom unter 10 l/min und insbesondere zwischen 3 und 6 l/min erzeugt werden kann bzw. für die genannten Funktionen ausreichend ist.
Als Pumpe kann beispielsweise eine einfache Membranpumpe dienen, wobei unabhängig hiervor vorteilhaft ist, wenn die Pumpe hinsichtlich ihrer Förderrichtung umgeschaltet werden kann. Bei einer Umschaltung der Förderrichtung kann beispielsweise eine Variante realisiert werden, bei welcher keine Venturidüse notwendig ist, sondern die Pumpe unmittelbar den die oben genannten Funktionen realisierenden Unterdrück erzeugt, durch welchen also wiederum ein Sperren des Bedienelements und/oder ein Erzeugen eines haptischen Feedbacks am Bedienelements und/oder eine Simulation von Rastschritten an dem Bedienelement ermöglicht wird. Weiter ist eine Variante von Vorteil, bei welcher die Luftzuführung und der Druckausgang identisch zueinander ausgebildet sind, sodass also, dem Baukastenprinzip folgend, die Pumpe auch am Druckausgang angeschlossen und die Luftzuführung durch einen Stopfen oder einen Einsatz verschlossen werden kann.
Gemäß einer weiteren Variante kann die Lagerschale zur Aufnahme und zum Umgreifen des Bedienelements einen konkaven und insbesondere zu der Außenfläche des Bedienelements korrespondierenden sowie weiter vorzugsweise einem Kugelsegment entsprechenden Wandabschnitt aufweisen. Der Wandabschnitt besitzt eine gleichbleibende bzw. gleichmäßige Wandstärke und/oder eine lokal begrenzte Materialschwächung in einem geometrischen Zentrum des Wandabschnitts und/oder einem Hauptlagerpunkt. Die lokal begrenzte Matenalschwächung kann sich vorzugsweise in Form einer Ausnehmung von der dem Bedienelement abgewandten Seite zu der dem Bedienelement zugewandten Seite der Lagerschale erstrecken, wobei die Ausnehmung wiederum vorzugsweise kegelförmig, kegelstumpfförmig oder kanalförmig ist. Die ggfs. mit Ausnahme der Matenalschwächung gleichbleibende bzw. gleichmäßige Wandstärke ist zudem vorzugsweise kleiner 5 mm und insbesondere in einem Bereich zwischen 2 und 4 mm.
Die Ausnehmung bzw. Matenalschwächung dient dabei dazu, in der Hauptlagerstelle des Bedienelements in der Lagerschale einen im Vergleich zu den angrenzenden Bereichen erhöhten Luftstrom zuführen zu können.
Bezüglich des Materials der Lagerschale kann diese beispielsweise aus Graphit oder Aluminium oder Kunststoff ausgebildet sein. Die Luftdurchlässigkeit der Lagerschale kann dabei beispielsweise durch eine Vielzahl nach einem vorbestimmten Muster angeordneter Löcher jedoch vorzugsweise und ggfs. zusätzlich hierzu durch eine Porosität des Materials bzw. der Lagerschale realisiert werden. Obgleich das Luftpolster zur Schmierung bzw. Lagerung des Bedienelements in der Lagerschale auch durch ein einzelnes Loch realisiert werden könnte, hat eine poröse Lagerschale insbesondere den Vorteil, dass diese zugleich als Schalldämpfer wirkt, sodass die aus der Lagerschale ausströmende Luft wenig oder keine Geräusche erzeugt.
Bezüglich des Bedienelements, welches beispielsweise walzenförmig oder scheibenförmig oder kugelförmig oder zylinderförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein kann, ist festzustellen, dass dieses insbesondere aus Stahl oder Glas oder Kunststoff ausgebildet sein kann, wobei ein aus Glas oder Kunststoff bestehendes Bedienelement weiter vorzugsweise transparent oder zumindest transluzent und dadurch eine Beleuchtung ermöglichend lichtdurchlässig ist.
Weiter kann die Bedienvorrichtung ein Gehäuse aufweisen, in welches die Lagerschale einsetzbar ist und welches die Druckkammer abschnittsweise begrenzt, sodass die Druckkammer vorzugsweise durch Lagerschale und Druckkammer gebildet ist. Das Gehäuse weist einen ersten Abschnitt zur Aufnahme der Lagerschale und einen zweiten Abschnitt zum Halten des Bedienelements an der Lagerschale auf, wobei unter dem Halten des Bedienelements in der Lagerschale zu verstehen ist, dass das Bedienelement an bzw. in der Lagerschale unter Beibehaltung eines vorbestimmten Luftspalts zur Ausbildung des Luftpolsters bewegbar, beispielsweise rotierbar ist. In und/oder an dem zweiten Abschnitt ist hierfür ein erstes Spannelement zur Fixierung der Lagerschale in dem Gehäuse angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist in und/oder an dem zweiten Abschnitt ein zweites Spannelement zum Halten des Bedienelements in dem Gehäuse angeordnet.
In dem zweiten Abschnitt kann zudem ein Druckausgleichskanal vorgesehen sein, in oder an welchem wiederum ein Schalldämpfer ausgebildet oder angeordnet sein kann, sodass aus dem zweiten Abschnitt in die Druckkammer strömende Luft durch den Druckausgleichskanal angesaugt werden kann und aus der Druckkammer in den zweiten Abschnitt strömende Luft durch den Druckausgleichskanal entweichen kann.
Ist ein Gehäuse vorgesehen, kann dieses zudem vorzugsweise in genau eine Richtung federelastisch gelagert sein, sodass sich das Bedienelement durch einen Druck bzw. eine Eingabe auf das Bedienelement gemeinsam mit dem Gehäuse federelastisch verschiebt, was durch einen Sensor erfassbar und als Bedieneingabe auswertbar sein kann.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinanderstehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Bedienvorrichtung im Schnitt;
Fig. 2 eine Lagerschale einer Bedienvorrichtung im Schnitt.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin, wobei die Lagerschale 20 gemäß Figur 2 insbesondere der Lagerschale 20 der Bedienvorrichtung 1 gemäß Figur 1 entsprechen kann.
In Figur 1 ist eine Bedienvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug perspektivisch und geschnitten dargestellt. Bei dieser kann ein Bediener durch Rotation eines als Kugel ausgebildeten Bedienelements 10 um die Achsen X, Y und Z Bedieneingaben machen und dadurch beispielsweise ein Infotainmentsystem des Kraftfahrzeugs bedienen. Um feine Bedieneingaben ohne einen spürbaren Widerstand zu erlauben ist das Bedienelement 10 durch ein Luftlager gelagert. Hierfür umgreift eine luftdurchlässige Lagerschale 20 aus porösen Material das Bedienelement 10 abschnittsweise, sodass also die Lagerschale 20 einen zu dem Bedienelement 10 korrespondierenden und entsprechend konkav ausgebildeten Wandabschnitt 21 aufweist und zwischen dem Wandabschnitt 21 und dem Bedienelement 10 ein Luftpolster gebildet werden kann. Das der Lagerung dienende Luftpolster wird dabei durch die luftdurchlässige Lagerschale 20 aus einer Druckkammer 31 mit Luft gespeist, wobei die Druckkammer 31 an einer von dem Bedienelement 10 abgewandten Seite der Lagerschale 20 ausgebildet ist.
Zur Bereitstellung der Luft in der Druckkammer 31 mündet in diese eine Luftzuführung 32, an welcher beispielsweise über eine Schlauchleitung eine Membranpumpe anschließbar ist.
Da die Luft aus der Druckkammer 31 nicht lediglich an einem oder einer kleinen Zahl von Punkten die Lagerschale 20 durchströmt, sondern durch das poröse Material eine im Wesentlichen gleichmäßige Durchströmung des gesamten Wandabschnitts 21 realisiert ist und die Lagerschale 20 durch das poröse Material selbst wie ein Schalldämpfer wirkt, kann die Luft an dem Bedienelement 10 bzw. für das Luftpolster äußerst geräuscharm bereitgestellt werden.
Um jedoch das Bedienelement 10 in die Hauptbelastungsrichtung bestmöglich abstützen zu können, ist - wie in Figur 2 gut sichtbar - an einem Hauptlager- bzw. Hauptstützpunkt der Lagerschale 20 gemäß Figur 2 d.h. im geometrischen Zentrum des Wandabschnitts 21 der in Figur 2 dargestellten Lagerschale 20 eine kegelförmige Ausnehmung als lokal begrenzte Materialschwächung 22 vorgesehen, sodass die Lagerschale 20 im Bereich der Materialschwächung 22 im Vergleich zu dem angrenzenden bzw. umliegenden Bereich des Wandabschnitts 21 einfacher und stärker von Luft durchströmbar ist.
Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführung der Bedienvorrichtung 1 umfasst diese ferner ein Gehäuse 40, in welchem die Lagerschale 20 in einem ersten Abschnitt 41 aufgenommen und durch ein erstes Spannelement 43 fixiert ist. Entsprechend wir der Druckraum 31 vollständig durch das Gehäuse 40 und die Lagerschale 20 begrenzt bzw. gebildet.
Das als Kugel ausgebildete Bedienelement 10 ist ebenfalls bis zu einer Mittelebene des Bedienelements 10 von dem Gehäuse 40 umgeben, einem zweiten Abschnitt 42 des Gehäuses 40 aufgenommen und durch ein zweites Spannelement 44 in diesem gehalten, sodass das Bedienelement 10 ohne Lösen des zweiten Spannelements 44 nicht aus dem Gehäuse 40 entnommen werden kann, jedoch zwischen dem Bedienelement 10 und der Lagerschale 20 das bestimmungsgemäße Luftpolster ausgebildet werden kann.
Um den an der Oberfläche des Bedienelements 20 zurückgelegten Weg im Sinne des Wegverlaufs und der Wegstrecke erfassen zu können, ist in dem zweiten Abschnitt 42 des Gehäuses 40 zudem ein als optischer Sensor ausgebildeter und somit kontaktlos arbeitender Wegaufnehmer 46 angeordnet, durch welchen die am Bedienelement 10 durch den Bediener getätigten Bedieneingaben in dazu korrespondierende elektronische Signale übersetzt und an ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs übermittelt werden können.
Da insbesondere bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen die Akustik eine wesentliche Rolle spielt und eine durch die Lagerschale 20 strömende Luft akustisch nicht für den Bediener wahrnehmbar sein soll, ist in dem zweiten Abschnitt 42 des Gehäuses 40 ferner ein Druckausgleichskanal 45 vorgesehen. Im Vergleich zu einer Abdichtung des zweiten Spannelements 44 mit dem Bedienelement 10, weist der Druckausgleichskanal 45 einen geringeren Strömungswiderstand auf, sodass ein Großteil einer in den zweiten Abschnitt 42 strömenden oder aus dem zweiten Abschnitt 42 strömenden Luft den Druckausgleichskanal 45 durchströmen wird.
Wie in Figur 1 ersichtlich, mündet eine Luftzuführung 32 in die Druckkammer 31 , wobei ferner ein vorliegend mit einem Stopfen 34 verschlossener Druckausgang 33 vorgesehen ist. Dabei können der Druckausgang 33 und die Luftzuführung 32 bzw. ein Anschluss zur Verbindung der Luftzuführung
32 mit der Druckkammer identisch ausgebildet sein, sodass die als Schlauchkupplung ausgebildete Luftzuführung 32 auch in den Druckausgang
33 eingeschraubt werden könnte.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung kann durch den Druckausgang 33 realisiert sein, da dieser vorzugsweise zur Aufnahme sowohl des Stopfens 34 als auch eines dazu alternativen, jedoch nicht dargestellten Strömungseinsatzes ausgebildet ist. Durch den Strömungseinsatz bzw. Einsatz kann eine Venturidüse gebildet werden, durch welche - gesteuert mittels eines nicht dargestellten Aktors - statt eines das Luftpolster speisenden Überdrucks in der Druckkammer ein das Bedienelement 10 anziehender Unterdrück erzeugt werden kann, sodass das Bedienelement 10 an die Lagerschale 20 gesaugt und dadurch an bzw. in dieser vorübergehend fixiert werden kann.
Durch solch eine vorübergehende Fixierung sind verschiedene Funktionen realisierbar, welche bei einer Luftlagerung für gewöhnlich ausgeschlossen sind. So kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Aktors bzw. der Venturidüse das Bedienelement 10 gesperrt werden, ein haptisches Feedback - wie beispielsweise Vibration - an dem Bedienelement 10 erzeugt werden und Rastschritte an dem Bedienelement 10 simuliert werden.
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Claims

Patentansprüche
1 . Bedienvorrichtung (1 ) für ein Kraftfahrzeug mit einem Bedienelement (10) und einer Lagerschale (20), welche das Bedienelement (10) abschnittsweise umgreift und an welcher das Bedienelement (10) frei um zumindest eine Rotationsachse (X, Y, Z) rotierbar durch eine aerostatische Luftlagerung gelagert ist, wobei an einer von dem Bedienelement (10) abgewandten Seite der Lagerschale (20) eine abschnittsweise durch die Lagerschale (20) begrenzte Druckkammer (31 ) vorgesehen ist, in welche eine Luftzuführung (32) mündet, wobei die Lagerschale (20) luftdurchlässig ausgebildet ist und Luft als Schmiermedium über die Luftzuführung (32) und den Druckraum (30) durch die Lagerschale (20) in ein Luftpolster zwischen dem Bedienelement (10) und der Lagerschale (20) förderbar ist.
2. Bedienvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Druckkammer (31 ) einen Druckausgang (33) aufweist, welcher ausgebildet ist, sowohl von einem den Druckausgang (33) druckdicht verschließenden Stopfen (34) als auch von einem Einsatz zur Strömungssteuerung verschließbar zu sein.
3. Bedienvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend einen Aktor zum Schließen und Öffnen des Druckausgangs (33), wobei die Druckkammer (31 ) mit der Luftzuführung (32) und dem Druckausgang (33) als Venturidüse ausgebildet ist, oder der Aktor als Venturidüse ausgebildet ist, oder ein in den Druckausgang (33) eingesetzter Einsatz als Venturidüse ausgebildet ist, sodass jeweils durch die an der Luftzuführung (32) einströmende und am Druckausgang (33) ausströmende Luft durch den Aktor gesteuert eine Strömung durch die Lagerschale (20) in die Druckkammer (31 ) und ein das Bedienelement (10) an der Lagerschale (20) fixierender Unterdrück erzeugbar ist.
4. Bedienvorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend einen Aktor zum Schließen und Öffnen des Druckausgangs (33), wobei der Aktor als ein in den Druckausgang (33) eingesetzter Einsatz und als Venturidüse ausgebildet ist, sodass durch die an der Luftzuführung (32) einströmende und am Druckausgang (33) ausströmende Luft durch den Aktor gesteuert eine Strömung durch die Lagerschale (20) in die Druckkammer (31 ) und ein das Bedienelement (10) an der Lagerschale (20) fixierender Unterdrück erzeugbar ist.
5. Bedienvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, aufweisend eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung des Aktors, welche ausgebildet ist, den Aktor einen Unterdrück zum Sperren des Bedienelements (10) und/oder zum Erzeugen eines haptischen Feedbacks am Bedienelements (10) und/oder zur Simulation von Rastschritten an dem Bedienelement (10) erzeugend anzusteuern.
6. Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Pumpe zur Bereitstellung eines kontinuierlichen Luftstroms an der Luftzuführung (32).
7. Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerschale (20) zur Aufnahme und zum Umgreifen des Bedienelements (10) einen konkaven Wandabschnitt (21 ) aufweist, welcher eine gleichbleibende Wandstärke und/oder eine lokal begrenzte Materialschwächung (22) in einem geometrischen Zentrum des Wandabschnitts (21 ) aufweist.
8. Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerschale (20) aus Graphit oder Aluminium oder Kunststoff ausgebildet ist, wobei die Lagerschale (20) eine Vielzahl nach einem vorbestimmten Muster angeordneter Löcher aufweist und/oder porös ist, wobei das Bedienelement (10) aus Stahl oder Glas oder Kunststoff ausgebildet ist.
9. Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Gehäuse (40), in welches die Lagerschale (20) einsetzbar ist und welches die Druckkammer (31 ) abschnittsweise begrenzt, wobei das Gehäuse (40) einen ersten Abschnitt (41 ) zur Aufnahme der Lagerschale (20) und einen zweiten Abschnitt (42) zum Halten des Bedienelements (10) an der Lagerschale (20) aufweist, wobei in und/oder an dem zweiten Abschnitt (42) ein erstes Spannelement (43) zur Fixierung der Lagerschale (20) in dem Gehäuse (40) angeordnet ist und/oder wobei in und/oder an dem zweiten Abschnitt (42) ein zweites Spannelement (44) zum Halten des Bedienelements (10) in dem Gehäuse (40) angeordnet ist.
10. Bedienvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in dem zweiten Abschnitt (42) ein Druckausgleichskanal (45) vorgesehen ist, durch welchen eine von der Druckkammer (31 ) in den zweiten Abschnitt (42) strömende Luft entweichen und eine von dem zweiten Abschnitt (42) in die Druckkammer (31 ) gesaugte Luft strömen kann.
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