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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Taster zum Bedienen eines elektrischen
Verbrauchers in einem Fahrzeug. Hierbei ist unter einem elektrischen Verbraucher
jegliche Einrichtung bzw. Vorrichtung zu verstehen, die elektrische
Energie benötigt und in eine andere Energieform umwandelt.
Bei den erwähnten Fahrzeugen kann es sich um Fahrzeuge
zu Luft, zu Wasser und zu Land, insbesondere aber Kfz und Schiffe
handeln. Insbesondere handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung
um einen Taster zur Integration in einem Zierteil.
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In
Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, aber auch Schiffen, Flugzeugen
und anderen Fahrzeugen wird eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern über
Taster bzw. Schalter, die zum Bedienen der elektrischen Verbraucher
vorgesehen sind, angesteuert. Als Beispiele derartiger elektrischer Verbraucher
in einem Kraftfahrzeug sind die elektrischen Fensterheber, das Schiebedach,
die Außenspiegel sowie Heizungen, Klimaanlage, Lüftungen, Lichtelemente,
Radio, Bordcomputer, Navigationssystem, Telefon und dergleichen
zu nennen, ohne dass diese Aufzählung abschließend
ist.
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Bisher
wurden derartige Bedienelemente in Form von mechanischen Schaltern,
Tastern oder z. B. Drehrädern ausgeführt. Temperaturschwankungen
können bei solchen Schaltern zum Klemmen oder Klappern
der Schalter führen. Darüber hinaus können über
die notwendigen Spalte Schmutz oder Flüssigkeiten eindringen.
Schließlich wird durch die stark anwachsende Zahl der Funktionen
und elektrischen Verbraucher in Fahrzeugen die Ergonomie und die
Anmutung im Cockpit vermindert.
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Aus
diesem Grund werden zunehmend Sensortasten und insbesondere piezoelektrische
Taster eingesetzt, die vorzugsweise in das Zierteil integriert sind,
so dass sich eine geschlossene, spaltfreie Oberfläche ergibt.
Dadurch werden die Problematiken hinsichtlich klemmender und klappernder
Schalter sowie des Schmutz- und Flüssigkeitseindringens vermieden.
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Andererseits
ist es jedoch notwendig, die Taster bzw. Schalter bzw. Bedienelemente
zu beleuchten. Dabei ist vor allem eine Suchbeleuchtung erforderlich,
die es ermöglicht, die Bedienelemente (Taster) auch in
der Dunkelheit mühelos aufzufinden. Eine derartige Suchbeleuchtung
ist in der Regel mit einer Lichtdichte zwischen 2–3 cd/m2 ausgeführt. Neben einer solchen
Suchbeleuchtung ist zusätzlich vielfach eine Funktionsbeleuchtung
vorgesehen, die der Anzeige einer Aktivität, d. h. des
Betriebszustandes des elektrischen Verbrauchers dient und die auch
am Tage, d. h. bei Helligkeit erkennbar sein sollte. Eine solche
Funktionsbeleuchtung liegt in einem Lichtdichtenbereich von mehr
als 1000 cd/m2.
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Zur
Beleuchtung von Tastern wurde in Bezug auf Sensortasten und insbesondere
Piezosensoren die Verwendung von Elektrolumineszenzfolien vorgeschlagen
(siehe beispielsweise
DE
103 59 297 A oder
DE 10 2004 023 420 A ). Die Elektrolumineszenzfolien
sind jedoch einerseits relativ aufwändig in der Herstellung
und damit hinsichtlich der Kosten nachteilig. Andererseits erfordern
sie eine kostenintensive Ansteuerung, hohe Spannungen (ca. 110 V), es sind
nur bestimmte Farben realisierbar, die Elektrolumineszenzfolien
altern und sie verfügen nur über eine geringe
Leuchtdichte. Letzteres kann dazu führen, dass die erforderliche
Funktionsbeleuchtung mittels Elektrolumineszenzfolien nicht erzielbar
ist.
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Ein
anderer Vorschlag bestand darin, das Licht mit Hilfe von einer oder
mehreren LEDs zu erzeugen. Da Piezotasten aufgrund der lichtundurchlässigen
Piezokeramik nicht durchleuchtet werden können, die LEDs
jedoch nicht zwischen der Betätigungsfläche, die
die Symbolik umfasst und der Piezokeramik angeordnet sein können,
weil sonst die Verformung der Betätigungsfläche
nur schwierig und nicht reproduzierbar auf die Piezokeramik übertragbar
ist, wurde beispielsweise in der
DE 10 2007 054 347 A vorgeschlagen, die Piezokeramik
senkrecht zur Betätigungsrichtung anzuordnen und die aufgebrachte
Betätigungskraft umzulenken. Dies ermöglichte
die Anordnung einer oder mehrerer LEDs unmittelbar unter der Symbolik.
Um das Symbol homogen zu beleuchten, muss ein gewisser Abstand (ca. 10
mm) eingehalten und eine Streuscheibe (Diffusor) verwendet werden.
Dies hat den Nachteil, dass eine relativ komplexe Umlenkung der
Betätigungskraft und Anordnung der Piezokeramik vorgenommen werden
muss. Ferner baut der Taster relativ hoch auf.
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Ein
weiterer Vorschlag, jedoch nicht in Bezug auf Taster zum Bedienen
eines elektrischen Verbrauchers, sondern zur Hintergrundbeleuchtung
eines Kombi-Instrumentes ist der
WO
98/06594 zu entnehmen. Hier wird das von einer Lichtquelle
ausgesendete Licht über einen Reflektorspiegel von der
Seite in einen Diffusor eingekoppelt. Als nachteilig hat sich jedoch
herausgestellt, dass die Lichtverteilung einerseits recht inhomogen
ist, d. h. die Symbole inhomogen beleuchtet sind und andererseits
die ausgekoppelte Lichtmenge (Lichtdichte bzw. Lichtstärke)
gering ist, so dass auch diese Art der Gestaltung lediglich zur
Erzeugung einer Suchbeleuchtung dienen kann.
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Angesichts
der obigen Ausführungen besteht das Problem der vorliegenden
Erfindung darin, einen eingangs genannten Taster zum Bedienen eines
elektrischen Verbrauchers in einem Fahrzeug, insbesondere zur Integration
in einem Zierteil, zu schaffen, der im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstig
herstellbar ist und eine homogene Beleuchtung einer vorgesehenen
Symbolik in sowohl Such- als auch Funktionsbeleuchtung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Taster mit den Merkmalen von Anspruch 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung
finden sich in den Unteransprüchen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, die Vorteile
einer Elektrolumineszenzfolie hinsichtlich deren Verformbarkeit
sowie die Vorteile der Verwendung von leuchtstarken Lichtquellen, wie
beispielsweise LEDs, zu kombinieren. Hierfür schlägt
die vorliegende Erfindung die Verwendung eines flächigen,
elastisch verformbaren Lichtleiters zur Beleuchtung der Symbolik
vor, der zwischen der Betätigungsfläche und der
Sensortaste angeordnet ist und eine Lichteintrittsfläche,
vorzugsweise eine seitliche Lichteintrittsfläche, und eine
Lichtaustrittsfläche aufweist, die einander schneiden,
vorzugsweise in einem Winkel von 90°, wobei der Lichtleiter
zur Umlenkung des Lichts im Lichtleiter ausgestaltet ist, so dass das
Licht in einem Winkel zur Lichtaustrittsfläche aus dem
Lichtleiter und in Richtung der Betätigungsfläche,
auf der die Symbolik darzustellen ist, austreten kann. Durch diesen
Erfindungsgedanken wird ein einfach aufgebauter und kostengünstiger
Taster bereitgestellt, der es ermöglicht, neben einer Suchbeleuchtung
einer Symbolik auch eine Funktionsbeleuchtung derselben vorzusehen.
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Dementsprechend
umfasst der Taster zum Bedienen eines elektrischen Verbrauchers
in einem Fahrzeug, insbesondere zur Integration in einem Zierteil
eine ortsfeste, elastisch verformbare Betätigungsfläche,
die eine Sichtseite bildet, auf der eine beleuchtbare Symbolik darstellbar
ist sowie eine Sensortaste, die zumindest im Bereich der Symbolik hinter
der Betätigungsfläche angeordnet ist und auf eine
Verformung der Betätigungsfläche schaltbar ist. Sensortasten
sind hierbei Tasten, die auf Druck oder Annäherung z. B.
des Fingers eines Bedieners mit einer Änderung elektrischer
oder nicht elektrischer Parameter reagieren. Hierbei sind Hall-Tasten,
kapazitive Tasten, insbesondere aber Piezotasten umfasst. Diese
Tasten haben gemein, dass der Tastenhub zum Auslösen des
Schaltvorgangs relativ gering ist und vorzugsweise unter 0,1 mm,
am meisten bevorzugt unter 0,02 mm liegt. Der Druck bzw. die Annäherung
erfolgt auf die bzw. zur Betätigungsfläche, auf die
beispielsweise im Wesentlichen senkrecht und manuell eine Kraft
von einem Bediener, z. B. durch dessen Finger, aufgebracht wird.
Aufgrund des geringen „Tastenhubs” erfordert die
Betätigungsfläche keine geführte translatorische
Bewegung und ist daher ortsfest, zur Übertragung des ausgeübten
Drucks auf die Sensortaste jedoch elastisch verformbar. Es wird daher
eine geschlossene, spaltfreie Oberfläche geschaffen. Des
Weiteren bildet die Betätigungsfläche eine Sichtseite,
die von dem Bediener bzw. Betrachter wahrnehmbar ist und auf der
eine beleuchtbare Symbolik darstellbar ist. Diese Symbolik kann
beispielsweise auf der Betätigungsfläche ausgespart sein,
wohingegen der Rest der Betätigungsfläche lichtundurchlässig
ist. Beispielsweise kann die Symbolik ein Indikator für
den elektrischen Verbraucher sein, der durch den Taster bedient
wird und/oder die durch den Taster schaltbare Funktion des entsprechenden
elektrischen Verbrauchers anzeigen. Die Symbolik bildet weiter einen
Hinweis für den Bediener, welche Stelle auf der Betätigungsfläche
den besten Druckpunkt bildet, d. h. der Bediener assoziiert mit
der Symbolik den Schalter bzw. Taster. Um ein möglichst
definiertes und gutes Schaltsignal zu erzeugen, ist die Sensortaste
daher zumindest im Bereich der Symbolik hinter der Betätigungsfläche angeordnet
und wird, wie bereits erwähnt, durch eine elastische Verformung
der Betätigungsfläche geschaltet. Bei einer Piezotaste
wird sie beispielsweise gleichfalls verformt, wobei durch die Verformung
ein elektrisches Signal ausgegeben wird. Erfindungsgemäß umfasst
der Taster weiter einen flächigen, elastisch verformbaren
Lichtleiter zur Beleuchtung der Symbolik, der zumindest im Bereich
der Symbolik zwischen der Betätigungsfläche und
der Sensortaste angeordnet ist, eine Lichteintrittsfläche
und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, die einander schneiden und
wenigstens eine Lichtquelle, deren emittiertes Licht über
die Lichteintrittsfläche (direkt oder indirekt) in den
Lichtleiter einkoppelbar ist und aus der Lichtaustrittsfläche
in Richtung der Betätigungsfläche (und damit der
Symbolik) auskoppelbar ist, wozu die Lichtaustrittsfläche
im Wesentlichen parallel zur Betätigungsfläche
verläuft und der Lichtleiter zur Umlenkung des Lichts (von
der Lichtquelle zur Betätigungsfläche) ausgestaltet
ist. Unter dem Begriff „flächiger Lichtleiter” ist
zu verstehen, dass der Lichtleiter in zwei seiner drei Dimensionen
wesentlich größer ist als in der dritten, so dass
der Lichtleiter eine Ebene aufspannt. Unter dem Begriff „Lichtleiter” ist
ein Material zu verstehen, das über die Lichteintrittfläche eingekoppeltes
Licht, das in einem Winkel unterhalb des Akzeptanzwinkels θa
auf den Lichtleiter fällt, durch Reflektion an seinen Flächen
transportiert, bis es an der Lichtaustrittsfläche austritt.
Er ist vergleichbar mit herkömmlichen Lichtwellenleitern.
Die Lichtaustrittsfläche liegt im Regelfall bei herkömmlichen
Lichtleitern parallel zur Lichteintrittsfläche. Bei der
vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Lichtleiter verwendet, dessen
Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche
einander schneiden, d. h. nicht parallel zueinander verlaufen. Vorzugsweise
schneiden sich die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche
unter einem Winkel von 85° bis 95°, vorzugsweise
90°, so dass eine Lichteinkopplung über die Lichteintrittsfläche
von der Seite her erfolgen kann und die Lichtaustrittsfläche
parallel zur Betätigungsfläche verläuft.
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Dadurch
kann das Licht in Richtung der Betätigungsfläche
und damit der Symbolik ausgekoppelt werden. Hierzu ist der Lichtleiter
derart zur Umlenkung des Lichts von der Lichtquelle ausgestaltet, dass
es über dem maximalen Akzeptanzwinkel θa auf die
Lichtaustrittsfläche trifft und damit über die Lichtaustrittsfläche
auskoppelt wird.
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Bei
der wenigstens einen Lichtquelle kann es sich um eine oder mehrere
LEDs handeln. Es sind aber auch andere Lichtquellen bekannter Art
denkbar. Das von der Lichtquelle oder den Lichtquellen emittierte
Licht wird direkt oder indirekt (z. B. über einen weiteren
Lichtlichter) über die Lichteintrittfläche in
den Lichtleiter eingekoppelt und in dem Lichtleiter – vorzugsweise
nur im Bereich der Symbolik – derart umgelenkt, dass es
unter einem Winkel größer dem Akzeptanzwinkel θa
auf die Lichtaustrittsfläche trifft und über die
Lichtaustrittsfläche vorzugsweise nur, wenigstens aber
im Bereich der Symbolik in Richtung der Betätigungsfläche
ausgekoppelt wird. Dabei muss das Licht nicht notwendigerweise orthogonal/normal
zur Betätigungsfläche bzw. Lichtaustrittsfläche
ausgekoppelt werden, sondern kann auch in einem Winkelbereich hierzu
liegen. Möglicherweise kann in diesem Fall zur Parallelrichtung
des ausgekoppelten Lichts eine oder mehrere Fokussierfolien verwendet
werden (siehe später). Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Lichtleiters wird es möglich, die Lichtquelle an einer
anderen Position vorzusehen und das emittierte Licht unmittelbar
unter der Symbolik auszukoppeln. Dies wird vor allem deshalb möglich,
weil der Lichtleiter aus einem transparenten klaren Kunststoff gebildet
sein kann, z. B. einer Folie, und damit elastisch verformbar ist,
so dass er zwischen der Betätigungsfläche und
der Sensortaste angeordnet werden kann. Die Verformung der Betätigungsfläche
setzt sich dann über den Lichtleiter fort und ist im Wesentlichen
ohne Verlust auf die Sensortaste übertragbar, um einen
definierten Schaltvorgang zu erzielen. Damit wird eine kostengünstige,
unkompliziert aufgebaute Variante eines Tasters geschaffen, die
flexibel einsetzbar ist und zugleich Funktions- wie auch Suchbeleuchtung
ermöglicht.
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Lichtwellenleiter
weisen üblicherweise ein sog. Cladding auf, weil sie ohne
dieses Cladding bei Berührung oder Verschmutzung das Licht
an unerwünschten Stellen auskoppeln würden. Dementsprechend
umfasst der Lichtleiter der vorliegenden Erfindung ebenfalls ein
Cladding. Das Cladding kann bei dem flächigen Lichtleiter
durch einen Endreflektor im Wesentlichen gegenüber der
Lichteintrittsfläche sowie sich von der Lichteintrittsfläche
zur gegenüberliegenden Endfläche erstreckende
Seitenreflektoren und einen Rückseitenreflektor parallel
zur Lichtaustrittsfläche gebildet sein. Auf der Rückseite
des Lichtleiters, die der Lichtaustrittsfläche abgewandt
ist, kann (unmittelbar) die Sensortaste vorgesehen sein. Viele Sensortasten,
insbesondere aber Piezofolien, d. h. Piezotasten, bei denen ein
piezoelektrischer Lack auf eine Trägerfolie (z. B. im Siebdruck)
aufgebracht ist, erfordern eine elektromagnetische Abschirmung,
die in Form einer EMV(elektromagnetische Verträglichkeit)-Schicht
erzielt wird. Mit anderen Worten wird in der Regel ein gitterartiger EMV-Schirm
vorgesehen. Hierfür wird in der Regel ein elektrisch leitfähiges
Material, z. B. ein Metall verwendet, das der elektrostatischen
Abschirmung dient. Erfindungsgemäß wird gemäß einer
Ausführungsform vorgeschlagen die EMV-Schicht der Sensortaste
zumindest im Bereich der Rückseite des Lichtleiters vollflächig
(durchgängig) auszugestalten und derart zu gestalten, dass
sie Licht reflektiert. Damit bildet die EMV-Schicht zugleich den
Reflektor auf der Rückseite des Lichtleiters als Teil des
Claddings. Dadurch kann der Aufbau des erfindungsgemäßen Tasters
weiter vereinfacht und die Anzahl der Teile reduziert werden. Eine
effektive Ausnutzung ohnehin notwendiger Bestandteile wird erzielt.
Bei Verwendung einer Piezofolie kann beispielsweise das elektrisch
leitfähige Material aufgedampft werden. Es kann sich dabei
beispielsweise um eine Chromschicht, eine Aluschicht oder eine andere
Schicht mit reflektierenden Eigenschaften handeln.
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Des
Weiteren ist es bevorzugt, dass der Lichtleiter durch eine transparente,
flexible Folie gebildet ist, die im Bereich ihrer der Lichtaustrittsfläche abgewandten
Rückseite eine Licht umlenkende 3-dimensionale Struktur
aufweist, um das in den Lichtleiter eingekoppelte Licht derart umzulenken,
dass es oberhalb des Akzeptanzwinkels θa liegt und an der Lichtaustrittsfläche
ausgekoppelt wird. Dabei kann die 3-dimensionale Struktur z. B.
durch Linsen, Prismen oder andere 3-dimensionale Strukturen erzielt werden.
Derartige Licht umlenkende Folien sind im Stand der Technik zur
Beleuchtung von LCD-Displays, z. B. aus der
WO 2006/039315 A2 , der
WO 03/008860 A1 oder
WO 2005/001892 A2 bekannt, auf
die der Fachmann für weitere detaillierte Informationen
verwiesen wird. Diese Licht umlenkenden Folien sind eine bevorzugte
Möglichkeit des erfindungsgemäßen Lichtleiters
in Verbindung mit einer Sensortaste und angeordnet zwischen der
Betätigungsfläche zum Schalten der Sensortaste
und der Sensortaste.
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Wie
es bereits mehrfach erwähnt wurde, ist es bevorzugt, die
vorhandene Symbolik sowohl mit einer Such- als auch einer Funktionsbeleuchtung
zu versehen. Dabei dient die Suchbeleuchtung dazu, den Taster auch
bei schlechten Lichtverhältnissen, d. h. bei Dunkelheit
und Dämmerung aufzufinden. Die Lichtdichte liegt hier bei
etwa 2–3 cd/m2. Die Funktionsbeleuchtung
dient primär dazu, die Aktivität bzw. den Betriebszustand
des elektrischen Verbrauchers bzw. der mit dem Taster gesteuerten
Funktion des elektrischen Verbrauchers anzuzeigen und muss auch
bei guten Lichtverhältnissen, z. B. Sonneneinstrahlung,
sichtbar sein. Die Lichtdichte der Funktionsbeleuchtung soll über
1000 cd/m2, vorzugsweise über 1200
cd/m2 liegen und kann bis zu 5000 cd/m2 betragen. Zusätzlich dazu können
sich die Funktions- und Suchbeleuchtung in ihrer Farbe unterscheiden.
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Dementsprechend
ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
nicht nur eine Lichtquelle, sondern es sind vorzugsweise wenigstens
zwei „unterschiedliche” Lichtquellen vorgesehen,
die sich zumindest in ihrer Lichtstärke, d. h. Intensität,
unterscheiden. Dabei kann es sich beispielsweise um zwei unterschiedliche
LEDs handeln. Es ist auch denkbar, die Intensität dadurch
zu steuern, dass z. B. zwei Lichtquellen für die Funktionsbeleuchtung
und nur eine für die Suchbeleuchtung vorgesehen ist, wobei die
LEDs identisch sind. Ferner können die LEDs beispielsweise
unterschiedliche Farben aufweisen. Darüber hinaus ist es
auch denkbar, dass die Lichtquellen bzw. LEDs, die der Funktionsbeleuchtung
dienen, bei zugleich aktiver Lichtquelle bzw. LED der Suchbeleuchtung
letztere überstrahlen, so dass die Suchbeleuchtung in der
Beleuchtung der Symbolik nicht mehr erkennbar ist. Die Lichtquellen
bzw. LEDs für die Funktions- und Suchbeleuchtung können
unabhängig voneinander angesteuert werden, so dass sich
als Alternative auch die Möglichkeit ergibt, bei eingeschalteter
Funktionsbeleuchtung die Lichtquelle für die Suchbeleuchtung
auszuschalten.
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Im
Stand der Technik war es bisher üblich, Betätigungsfläche
und Sensortaste bzw. ggf. zwischengeschaltete Elektrolumineszenzfolien
miteinander zu verkleben, um einen engen Kontakt herzustellen, so
dass bei einer Verformung der Betätigungsfläche
ein definierter Schaltvorgang erzielt wird. Es durften keine Zwischenräume
zwischen den separaten Elementen vorhanden sein, die möglicherweise
einen Teil der Verformung der Betätigungsfläche
absorbiert hätten. Die Verwendung von Klebemitteln sowie
das Verfahren des Klebens haben sich jedoch als problematisch zu
handhaben herausgestellt. Darüber hinaus altern Klebemittel über
die Zeit, insbesondere bei Temperaturschwankungen, wie sie insbesondere
bei Fahrzeugen auftreten können, so dass sich die Gefahr
eines Lösens der Elemente von einander ergab. Zur Lösung
dieser Problematik ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung bevorzugt, dass die Sensortaste und der Lichtleiter separate
Elemente sind, die bevorzugt – ohne Verwendung eines Klebemittels – über
einen Halter unter Vorspannung gegen die Rückseite der
Betätigungsfläche gedrückt werden. D.
h. die Gefahr von Zwischenräumen zwischen den einzelnen
separaten Elementen wird durch Drücken der Elemente gegeneinander
durch einen Halter bewerkstelligt. Dieses Konzept ist selbstverständlich
auch in Kombination mit anderen Beleuchtungstechniken einsetzbar,
z. B. bei der Verwendung einer Elektrolumineszenzfolie, wobei hier Sensortaste
und Elektrolumineszenzfolie gegen die Rückseite der Betätigungsfläche
gedrückt werden. Das Konzept ist jedoch auch vollständig
alleinstehend und losgelöst von der vorliegenden Erfindung denkbar.
Hier würde nur die Sensortaste bzw. ein Sensormodul gegen
die Rückseite der Betätigungsfläche gedrückt
und hierfür ein Halter verwendet. Dadurch ist es möglich,
auf Klebemittel und das problematische Klebeverfahren zu verzichten,
ohne die Sensibilität des Schaltvorgangs negativ zu beeinflussen.
Ein enger Kontakt zwischen den separaten Elementen ist nach wie
vor herstellbar.
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Vorzugsweise
sind die separaten Elemente – hier die Sensortaste und
der Lichtleiter – in einem Rahmen positioniert gehalten
und der Halter ist durch einen Deckel gebildet, der in dem Rahmen
verrastet ist. Hierzu können beispielsweise Rastnasen am Rahmen
und/oder dem Deckel dienen, die entsprechende Gegenstücke
hintergreifen. Zu Zwecken der Vorspannung der separaten Elemente
gegen die Rückseite der Betätigungsfläche
umfasst der Deckel federnde Elemente z. B. einen sog. Moosgummi.
Vorzugsweise sind die federnden Elemente jedoch einstückig
mit dem Deckel ausgebildet. Dies kann durch z. B. U-förmige
Aussparungen in einer ebenen Deckelfläche erzielt werden,
wobei die federnden Elemente aus der Ebene des Deckels in Richtung
der Rückseite der Betätigungsfläche gebogen
sind bzw. vorragen. Der Deckel ist dabei vorzugsweise aus einem
Kunststoff, vorzugsweise POM, um die Spannung dauerhaft zu halten
und bevorzugt in einem Spritzgießverfahren ausgebildet.
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Da
die separaten Elemente bei der Montage in z. B. den Rahmen eingesetzt
werden müssen, bevor der Deckel aufgesetzt wird und um
Verwechslungen bei der Montage bzw. eine falsche Ausrichtung zu
verhindern, ist es bevorzugt, dass die Sensortaste und der Lichtleiter
jeweils eine Positioniernut aufweisen, in die eine ortsfeste Positioniernase,
z. B. am Rahmen eingreift. Die Positioniernut kann im Querschnitt
eckig, rechteckig, rund bzw. kreisförmig etc. sein. Die
Positioniernase weist die entsprechende Querschnittsform auf. Alternativ
ist es auch denkbar, die Positioniernut ortsfest vorzusehen und
die Sensortaste und den Lichtleiter mit entsprechenden Positioniernasen.
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Um
die Symbolik abzubilden, kann die Betätigungsfläche
im Prinzip lichtundurchlässig sein, z. B. mit einem lichtundurchlässigen
Lack beschichtet sein, wohingegen die Symbolik ausgespart und lichtdurchlässig
bleibt. Alternativ ist es auch denkbar, den Lichtleiter bzw. die
auf der Rückseite des Lichtleiters ausgebildete 3-dimensionalen
Strukturen nur an solchen Stellen anzuordnen und so auszugestalten, dass
der Lichtleiter selbst Licht in Form eines Symbols ausgibt, so dass
die Betätigungsfläche vollständig lichtdurchlässig
sein kann und die Symbolik durch den Lichtleiter gebildet ist. Diesbezüglich
wird der Fachmann auf die
WO 2005/01892 A2 verwiesen.
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Bereits
eingangs wurde erwähnt, dass für den Fall, dass
das umgelenkte Licht nicht orthogonal zur Lichtaustrittsfläche
austritt, eine, vorzugsweise zwei elastisch verformbare Fokussierfolien
angeordnet sein können, um das aus der Lichtaustrittsfläche austretende
Licht in einer, vorzugsweise zwei Dimensionen und bevorzugterweise
parallel zu richten. Dadurch wird eine direkte Hinterleuchtung der
Symbolik gewährleistet.
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Um
eine homogenere Lichtverteilung in der Symbolik zu erzielen, kann
es vorteilhaft sein, zwischen dem Lichtleiter und der Betätigungsfläche,
ggf. zwischen Lichtleiter und Fokussierfolie(-n) wenigstens einen
elastisch verformbaren Diffusor (Diffusorfolie) vorzusehen.
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Des
Weiteren ist es in Fahrzeugen oftmals wünschenswert, dass
die Betätigungsfläche eine 3-dimensionale Krümmung
aufweist, insbesondere wenn der Taster in Zierteile eingebettet
bzw. in diese integriert wird, weil Zierteile in der Regel eine
solche 3-dimensionale Krümmung aufweisen. Die Sensortaste
und der Lichtleiter hingegen sind ebene flächige Elemente
ohne eine solche Krümmung. Des Weiteren können
Sie aufgrund ihrer Funktion nicht gekrümmt ausgestaltet
werden, wenn ein definierter Schaltvorgang bzw. eine definierte
Beleuchtung gewünscht ist. Um diese Problematik zu beheben, schlägt
die vorliegende Erfindung vor, dass zwischen der Betätigungsfläche
und dem Lichtleiter eine elastisch verformbare Schutzschicht vorgesehen
ist, die auf der Seite der Betätigungsfläche eine
der Krümmung angepasste gewölbte Fläche
und auf der dem Lichtleiter zugewandten Seite eine ebene Fläche
aufweist. Die Schutzschicht bildet damit ein Zwischenglied zwischen
der gekrümmten Rückseite der Betätigungsfläche
und der ebenen Vorderseite des Lichtleiters (Lichtaustrittsfläche)
oder Fokussierfolie, die die Verformung der Betätigungsfläche
direkt und unmittelbar auf den Lichtleiter und von dort auf die
Sensortaste überträgt, ohne dass ein Verlust an
Schaltempfindlichkeit entsteht.
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Wie
es bereits erwähnt wurde, ist es besonders bevorzugt, dass
die Sensortaste eine Piezotaste und vorzugsweise eine Piezofolie,
wobei letztere fertigungstechnisch einfach und kostengünstig
herstellbar sind.
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Um
die elastische Verformbarkeit in ausreichendem Maße zu
erzielen, ist es bevorzugt, dass der Lichtleiter eine Stärke von
weniger als 0,8 mm, vorzugsweise weniger als 0,6 mm aufweist, wobei
die Stärke des Lichtleiters ggf. durch die verwendete Lichtquelle
bestimmt wird. Bei Verwendung einer LED, deren Licht direkt über
die Lichteintrittsfläche in den Lichtleiter eingekoppelt
wird, gibt die Dimension des LED-Chips die minimale Stärke
vor. Andererseits und wie es bereits erwähnt wurde, ist
es auch möglich das Licht über einen weiteren
Lichtleiter oder aber über Linsen fokussiert einzukoppeln,
so dass die Stärke des Lichtleiters auch unabhängig
von dem verwendeten Leuchtmittel reduziert werden kann.
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Darüber
hinaus ist es bevorzugt, den Taster in ein Zierteil zu integrieren,
wobei die Betätigungsfläche durch die Dekorseite
des Zierteils gebildet ist. Bei einem solchen Zierteil kann es sich
bei einem Kraftfahrzeug beispielsweise um die Armaturentafel, die Mittelkonsole,
das Lenkrad oder entsprechende Elemente bei einem Schiff oder Flugzeug
handeln. Dabei wird die Dekorseite des Zierteils von unterschiedlichen
beschichteten oder unbeschichteten Materialien wie beispielsweise
Holz, Stein, Kunststoff, Leder, etc. gebildet. Die Dekorseite, von
der Teile die Betätigungsflächen des Schalters
bilden, ist eine geschlossene, spaltfreie Oberfläche.
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Schließlich
schlägt die vorliegende Erfindung ein Zierteil für
ein Fahrzeug mit wenigstens einem Taster gemäß der
vorliegenden Erfindung vor.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung, die alleinstehend
oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale
umgesetzt werden können, ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Diese erfolgt
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine
Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Tasters
zeigt;
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2 einen
Querschnitt entlang der Linie 2-2 in 1 zeigt;
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3 eine
Explosionsansicht eines vergleichbaren Sensormoduls aus 1 zeigt;
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4 die
Funktionsweise der Beleuchtung der Symbolik schematisch zeigt;
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5 schematisch
die Funktionsweise der Umlenkung im Lichtleiter zeigt.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der
erfindungsgemäße Taster in ein Zierteil 10 integriert,
bei dem es sich beispielsweise um eine Zierleiste im Armaturentafelbereich
eines Kraftfahrzeuges handeln kann. Beispielhaft sind in der dargestellten
Ausführungsform drei erfindungsgemäße Taster
vorgesehen. Der erste Taster ist der Heckscheibenheizung, der zweite
der Umluft des Fahrzeugklimatisierungssystems und der dritte der
Standheizung/-lüftung zugeordnet. Diese Funktionen und die
entsprechend zugeordneten elektrischen Verbraucher sind jedoch nur
als Beispiele zu verstehen und obwohl die dargestellten Taster jeweils
zum Ein- und Ausschalten der entsprechenden Funktion Heckscheibenheizung
EIN/AUS, Umluft EIN/AUS, Standheizung/-lüftung EIN/AUS
dienen, ist es auch denkbar, den Tastern andere Funktionen zuzuordnen.
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Das
Zierteil 10 bildet gleichzeitig auf seiner Sichtseite die
Betätigungsfläche 11 der drei Taster. Da
der Aufbau der drei Taster identisch ist, wird im Folgenden lediglich
einer der Taster beschrieben. Das Zierteil 10 und damit
die Betätigungsfläche 11 sind bei der
dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen lichtundurchlässig
gestaltet oder mit einem lichtundurchlässigen Material
beschichtet. Jedem der drei Taster zugeordnet ist eine Symbolik 12 in
der Betätigungsfläche 11 ausgespart.
Die Betätigungsfläche 11 ist in diesem
Bereich lichtdurchlässig und kann, wie es später
beschrieben werden wird, mit einer Such- und Funktionsbeleuchtung
hinterleuchtet werden. Das Zierteil 10 ist auf einen formstabilen
Träger 13 aufgebracht, der mehrere Aussparungen 14 im
Bereich der Betätigungsflächen 11 der
drei Taster aufweist. Das Zierteil 10 ist zumindest im
Bereich der Betätigungsflächen 11, die
die Aussparungen 14 im Träger 13 überlagern,
elastisch verformbar. Gleichzeitig ist das Zierteil jedoch über
den Träger 13 ortsfest im Kraftfahrzeug verbaut.
In die Aussparungen 14 im Träger 13 wird
jeweils ein Tastermodul 15, das in 3 genauer
dargestellt und später erläutert werden wird,
eingesetzt. Die Aussparungen 14 werden rückseitig,
d. h. dem Zierteil 10 bzw. der Betätigungsfläche 11 abgewandt
durch einen Deckel 16 verschlossen.
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Im
Folgenden wird das Tastermodul 15 genauer erläutert.
Als Sensortaste kommt bei der vorliegenden Erfindung eine Piezotaste 17 zum
Einsatz. Diese wird gebildet durch einen Träger 18 sowie
eine darauf aufgebracht Piezokeramik, die beispielsweise durch eine
Piezofolie 19 gebildet sein kann, welche sich aus einer
Trägerfolie und einem Piezolack, der beispielsweise im
Siebdruckverfahren aufgebracht wird, zusammensetzt. Über
eine Leitung 20 ist die Piezotaste elektrisch an eine Steuerung
angebunden, wobei bei einer Verformung der Piezokeramik ein elektrisches
Signal ausgegeben und von der Steuerung verarbeitet wird, um auf
einen Schaltvorgang zu schließen.
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Des
Weiteren ist ein Lichtleiter 21 vorgesehen, bei dem es
sich um einen flächigen elastisch verformbaren Lichtleiter
handelt und vorzugsweise um eine Licht umlenkende Folie, wie sie
in den eingangs erwähnten Veröffentlichungen offenbart
ist. Der Lichtleiter 21 ist vorzugsweise aus einem transparenten
Licht leitenden Material, insbesondere Kunststoff, gebildet. Er
weist eine Lichteintrittsfläche 24 und eine Lichtaustrittsfläche 23 auf,
die bei der dargestellten Anordnung in rechtem Winkel zueinander
schneiden. Gegenüber der Lichteintrittsfläche 24 ist
ein Endreflektor 25 vorgesehen. Die Lichteintrittfläche 24 und
den Endreflektor 25 verbindet je an einer Seite ein Seitenreflektor 26.
Auf der der Lichtaustrittseite 23 abgewandten Rückseite
des Lichtleiters 21 ist darüber hinaus ebenfalls
ein Reflektor 22 vorgesehen. Diese Reflektoren sind vergleichbar
mit einem Cladding eines herkömmlichen Lichtwellenleiters.
Der Reflektor 22 auf der Rückseite wird bei einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die EMV-Schicht
der Piezotaste 17 gebildet. Bei dieser elektrostatischen
Abschirmung (EMV-Schicht) wird ein elektrisch leitfähiges
Material auf die Piezotaste und der Rückseite des Lichtleiters 21 zugewandt
aufgebracht, bei dem es sich z. B. um ein Metall handelt. Vorzugsweise
wird beispielsweise ein metallischer Werkstoff aufgedampft, z. B.
Alu oder Chrom. Dabei ist dieses Material so zu wählen, dass
es gleichzeitig die Eigenschaften des Reflektors 22 übernehmen
kann. Darüber hinaus ist diese EMV-Schicht zumindest im
Bereich der Rückseite des Lichtleiters 21 vollflächig
ausgebildet, um den Reflektor 22 zu bilden. In den übrigen
Bereichen kann die üblicherweise verwendete Gitterstruktur
für die EMV-Schicht eingesetzt werden, um Material zu sparen.
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Als
Lichtquelle kommen bei der dargestellten Ausführungsform
drei LEDs 27, 28 zum Einsatz, die auf einem FPC 29 aufgebracht
sind. Das von den LEDs 27, 28 emittierte Licht
wird über die Lichteintrittsfläche 24 in
den Lichtleiter 21 eingekoppelt, wie es später
genauer erläutert werden wird. Die LEDs 27 dienen
der Funktionsbeleuchtung, während die LED 28 der
Suchbeleuchtung dient. Für die Funktionsbeleuchtung 27 und
die Suchbeleuchtung 28 kommen alle handelsüblichen
LEDs in Frage. Dadurch, dass für die Funktionsbeleuchtung 27 zwei LEDs
vorgesehen sind, ist die Lichtdichte bereits höher.
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Ergänzend
können die LEDs 27 eine höhere Leistung
haben. Zusätzlich können die LEDs 27 eine andere
Farbe aufweisen als die LED 28. Steuerungstechnisch ist
es denkbar, dass die Suchbeleuchtung 28 stets oder zumindest
bei Dämmerung (z. B. eingeschaltetem Abblendlicht) vorhanden
ist und bei aktivierter Funktion, z. B. eingeschalteter Heckscheibenheizung,
die Funktionsbeleuchtung 27 zugeschaltet wird und durch
die höhere Lichtdichte und Stärke die Suchbeleuchtung überstrahlt.
Alternativ ist es auch denkbar in diesem Falle die Suchbeleuchtung,
d. h. die LED 28, auszuschalten.
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Des
Weiteren umfasst das Tastermodul 15 eine gleichfalls elastisch
verformbare Diffusorfolie 30, die für eine homogene
Lichtverteilung sorgen soll.
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Ferner
sind zwei Fokussierfolien 31, 32, die ebenfalls
elastisch verformbar sein müssen, vorgesehen, wobei die
Fokussierfolie 32 am nächsten zur Rückseite
der Betätigungsfläche 11 liegt. Die Fokussierfolien 31, 32 dienen
dazu, das aus der Lichtaustrittsfläche 23 in verschiedenen
Richtungen austretende bzw. ausgekoppelte Licht in eine Vorzugsrichtung
zu richten, insbesondere parallel zu richten. Dabei richtet die
Fokussierfolie 31 in einer Dimension und die Fokussierfolie 32 in
einer zweiten anderen (zur ersten Dimensionen senkrechten) Dimension.
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Darüber
hinaus kann zwischen der Fokussierfolie 32 und der Rückseite
der Betätigungsfläche 11 eine Schutzschicht 36 (2)
vorgesehen sein, die auf der Seite der Fokussierfolie 32 eine
ebene Fläche aufweist, auf der Seite der Rückseite
der Betätigungsfläche 11 jedoch eine
gekrümmte gewölbte Oberfläche entsprechend
der in 1 angedeuteten Krümmung 33 der
Betätigungsfläche 11 hat, so dass zwischen
der Rückseite der Betätigungsfläche 11 und
der Fokussierfolie 32 kein Zwischenraum verbleibt (dieser
wird durch die Schutzschicht 36 geschlossen). Die Schutzschicht 36 ist gleichfalls
elastisch verformbar und dient dazu, eine Verformung der Betätigungsfläche 11 in
Richtung der Piezotaste 17 über die einzelnen
separaten Schichten und Elemente auf die Piezotaste 17 zu übertragen.
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Bei
der Montage werden die separaten Elemente 36, 32, 31, 30, 21, 22 in
dieser Reihenfolge in die Aussparung 14 des Rahmens 13 eingesetzt.
Um hier Fehler bei der Ausrichtung zu vermeiden, ist es vorteilhaft,
in den einzelnen Elementen Positioniernuten 34 mit halbkreisförmigem
Querschnitt vorzusehen. In dem Rahmen befindet sich jeweils eine
passende zugehörige Positioniernase 35 mit entsprechendem
Querschnitt, so dass die Einzelelemente nur in einer Ausrichtung
positioniert und damit nur zueinander ausgerichtet eingesetzt werden
können.
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Die
separaten in 3 dargestellten Elemente und
ggf. die nicht dargestellte Schutzschicht sind bevorzugt nicht miteinander
verbunden, sondern liegen im verbauten Zustand lose aufeinander.
Wie bereits erwähnt, werden die einzelnen Elemente 36, 32, 31, 30, 21 sowie
ggf. 22 (wenn nicht durch die EMV-Schicht der Piezotaste 17 gebildet)
in die Aussparung 14 eingesetzt, wobei die Positioniernuten 34 mit
der Positioniernase 35 in Eingriff kommen. Anschließend
wird die Piezotaste 17 ausgerichtet und aufgesetzt. Um
die Elemente gegen die Rückseite 37 der Betätigungsfläche 11 zu
drücken, ohne dass Zwischenräume entstehen, so
dass eine zuverlässige Übertragung einer Druckkraft
auf die Betätigungsfläche 11 auf die
Piezotaste 17 erfolgen kann, wird abschließend
ein Deckel 16 eingesetzt, der beispielsweise auf der der
Rückseite 37 zugewandten Seite einen nicht dargestellten
Moosgummi aufweisen kann. Es können aber auch andere federnde
Elemente vorgesehen sein, die z. B. integral mit dem Deckel 16 ausgebildet
sind, z. B. durch U-förmige Aussparungen und Herausbiegen
des dadurch entstehenden Schenkels. Dazu ist es vorteilhaft, den
Deckel 16 aus POM zu bilden, so dass die Spannung des integral
ausgebildeten federnden Elements über die Zeitdauer aufrechterhalten
bleibt. Der Deckel wird mit seinem(-n) federnden Element(-en) gegen
die Trägerplatte 18 der Piezotaste 17 gedrückt
und durch Rastnasen 38 des Rahmens gehalten, hinter die
die Außenkanten des Deckels 16 greifen. Dadurch
entsteht eine dichte Packung der separaten Elemente, die das Verbinden,
insbesondere Verkleben der separaten Elemente, überflüssig
macht. Dabei bildet die Schutzschicht die Überbrückung
zwischen dem ebenen Paket aus den separaten Elementen und der gekrümmten
Rückseite 37 der Betätigungsfläche 11 (siehe 2).
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 die
Funktionsweise des Lichtleiters 21 gemäß der
vorliegenden Erfindung erläutert. Der Lichtleiter 21 weist,
wie erwähnt, Seiten- und End- sowie einen Rückseitenreflektor 22, 25, 26 auf. Diese
bilden das sog. Cladding. Ferner ist eine Lichteintrittfläche 24 und
eine Lichtaustrittsfläche 23 vorgesehen. Über
die LEDs 27, 28 wird emittiertes Licht in die
Lichteintrittsfläche 24 eingekoppelt und durch Reflektion
entlang des Lichtleiters 21 geleitet. Im Bereich der Rückseite,
d. h. der der Lichtaustrittsfläche 23 abgewandten
Seite des Lichtleiters 21 ist jedoch eine 3-dimensionale
Licht umlenkende Struktur in Form von Linsen, Prismen etc. vorgesehen,
die in 4 mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet
und in 5 näher erläutert ist. Trifft
das Licht L auf diese 3-dimensionale Struktur 40 wird es,
verglichen mit der gestrichelt dargestellten normalen Lichtleitung
im Lichtleiter aufgrund von Reflektion, derart umgelenkt, dass der
Winkel, unter dem das Licht auf die Lichtaustrittsfläche 23 trifft,
oberhalb des Akzeptanzwinkels θa (5) liegt,
so dass das Licht an der Lichtaustrittsfläche 24 ausgekoppelt
wird. D. h. der Lichtstrahl L trifft steiler als zulässig
auf die Lichtaustrittsfläche 24 und kann diese
deshalb passieren. Dabei ist die 3-dimensionale Struktur 40 wenigstens
im Bereich der Symbolik 12 unter der Betätigungsfläche 11 angeordnet.
Anschließend tritt das ausgekoppelte Licht L in die Diffusorfolie 30 (4),
wobei die einzelnen Schichten schematisch und stark vergrößert dargestellt
sind. Beim Eintritt in die Diffusorfolie 30 wird eine homogene
Lichtverteilung erzielt, bevor die einzelnen Lichtstrahlen in die
zwei Fokussierfolien 31, 32 eintreten. Dort werden
sie (angenommen die Stapelrichtung des Pakets ist die Richtung Y)
in der Dimension X sowie in der Dimension Z durch jeweils eine der
Fokussierfolien parallel gerichtet. Die so parallel gerichteten
Lichtstrahlen treffen auf die Rückseite 37 der
Betätigungsfläche 11 des Zierteils 10 und hinterleuchten
die ausgesparte Symbolik 12 bzw. durchdringen diese. Je
nachdem von welcher bzw. welchen LEDs 27, 28 das
Licht stammt, leuchtet die Symbolik 12 in Such- oder Funktionsbeleuchtung.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebene
Ausführungsform beschränkt ist, sondern verschiedenartige
Abwandlungen erfolgen können. Z. B. können in
einem Zierteil mehr oder weniger als die drei dargestellten Taster
integriert sein. Auch ist es denkbar, nicht nur Ein-/Ausschaltfunktionen
durch die Taster zu verwirklichen. Darüber hinaus ist es,
wenn z. B. nur eine Suchbeleuchtung erforderlich ist, möglich,
die Symboliken mehrerer Taster mit nur einem Lichtleiter zu beleuchten,
statt für jeden Taster separat einen Lichtleiter vorzusehen. Des
Weiteren ist es denkbar, dass die Betätigungsfläche
insgesamt lichtdurchlässig und die Symbolik durch die 3-dimensionale
Struktur auf der Rückseite des Lichtleiters selbst gebildet
wird, d. h. Licht nur so aus der Lichtaustrittsfläche ausgekoppelt
und anschließend gerichtet wird, dass es selbst die Symbolik
bildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10359297
A [0006]
- - DE 102004023420 A [0006]
- - DE 102007054347 A [0007]
- - WO 98/06594 [0008]
- - WO 2006/039315 A2 [0016]
- - WO 03/008860 A1 [0016]
- - WO 2005/001892 A2 [0016]
- - WO 2005/01892 A2 [0022]