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Die Erfindung bezieht sich auf eine haptische Bedieneinrichtung insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem mindestens einen berührungsempfindlichen Tastbereich aufweisenden Tastfeld, wobei bei Berührung des Tastbereichs ein Schaltsignal auslösbar und das Tastfeld durch einen, mit dem Tastfeld gekoppelten Anker eines Magnetbewegungsantriebs in der Ebene des Tastfeldes in einem bestimmten Rhythmus bewegbar antreibbar ist und wobei das Tastfeld über ein oder mehrere Verbindungselemente mit einem feststehenden Träger verbunden ist.
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Bei derartigen haptischen Bedieneinrichtungen, die zur Auslösung eines Schaltsignals dienen, werden bei Betätigung eines Tastbereichs lineare Hin- und Herbewegungen des Tastfeldes in einem bestimmten Rhythmus ausgelöst, um der Bedienperson eine Rückmeldung über die korrekte Auslösung des Schaltsignals zu geben.
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Aus
WO 2007/087 773 A1 ist eine Vorrichtung zur Bedienungsrückmeldung in einem Cabrioletfahrzeug, umfassend ein Bedienelement zur Ansteuerung eines beweglichen Elements des Cabrioletfahrzeugs, bekannt, wobei das Bedienelement ein Mittel zum Abgeben eines haptische Sinne einer Bedienperson ansprechenden Signals umfasst und wobei das Bedienelement zum Abgeben dieses Signals in Abhängigkeit von mindestens einem außerhalb des Bedienelements auftretenden Signal vorgesehen ist. Das Mittel kann dabei als Vibrationsmittel ausgeführt sein, das unter Zuführung von Energie zur Abgabe mechanischer Schwingungen geeignet und vorgesehen ist. Das Bedienelement kann das Vibrationsmittel an einer zentralen Position aufweisen und zumindest ein Schaltelement umfassen, das neben dem Vibrationsmittel angeordnet ist.
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DE 10 2007 004 660 A1 offenbart eine haptische Bedieneinheit zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, welche Steuersignale zum Steuern einer Kraftfahrzeugvorrichtung erzeugt, wobei die Bedieneinheit mindestens zwei vorbestimmte Formen annehmen kann und wobei jede vorbestimmte Form einem Bedienzustand der Bedieneinheit entspricht. Die Bedieneinheit weist mindestens zwei Bedienelemente auf, wobei durch eine Bedienung von mindestens einem Bedienelement ein Wechsel der Form der Bedieneinheit herbeigeführt und mindestens ein Steuersignal erzeugt wird.
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Aus
DE 199 37 463 B4 ist eine Multifunktionsbedieneinrichtung bekannt, bei welcher Menüs und/oder Bedienfunktionen auf einer gemeinsamen Anzeigeeinrichtung darstellbar sind. Es ist ein Druckdrehgeber vorgesehen, welcher hinsichtlich Drehrichtungen und Drehstellungen und/oder Raststellungen und/oder Betätigungsanschlägen haptisch rückmeldend variabel programmierbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine haptische Bedieneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen und störungsunanfälligen Aufbau aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Magnetbewegungsantrieb einen Klappanker-Magneten mit einem von einer Spule umschlossenen Eisenkern und einer an einem ersten Randbereich um eine Schwenkachse schwenkbar gelagerten Ankerplatte aufweist, die an dem dem ersten Randbereich gegenüberliegenden zweiten Randbereich mit dem Tastfeld gekoppelt ist und durch Bestromung der Spule entgegen der Kraft einer Rückstellfeder aus einer um einen Luftspalt von dem Eisenkern beabstandete Ruhelage in eine dem Eisenkern nahe Bestromungslage bewegbar ist.
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Durch diese Ausbildung kann der Magnetbewegungsantrieb mit einfachen Bauteilen aufgebaut sein.
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Zur Vermeidung störender Anschlaggeräusche beim Zurückbewegen der Ankerplatte aus der Bestromungslage in die Ruhelage kann die Ankerplatte in ihrer Ruhelage in Anlage an einem Federanschlag sein.
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In einfach und wenig Bauraum erfordernder sowie leicht montierbarer Ausbildung kann die Rückstellfeder ein freiragender Rückstellfederarm und/oder der Federanschlag ein freiragender Anschlagfederarm sein, der mit seinem einen Ende an oder nahe der Lagerstelle der Ankerplatte fest angeordnet und in gleicher Schwenkrichtung, wie die Ankerplatte auslenkbar ist und an dessen freiragendem Endbereich die Ankerplatte mit ihrem freiragenden Endbereich in Anlage oder anlegbar ist.
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Dabei wird eine definierte Auslenkrichtung von Anschlagfederarm und/oder Rückstellfederarm erreicht, wenn der Anschlagfederarm und/oder der Rückstellfederarm Blattfedern sind.
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Zu einer reibungsarmen Abstützung der Ankerplatte im Bereich des freien Endes des Anschlagfederarms bzw. des Rückstellfederarms führt es, wenn die Ankerplatte mittels eines von der Ebene der Ankerplatte hervorstehenden Abstützelements in einem radialen Abstand zur Lagerstelle an dem Anschlagfederarm und/oder an dem Rückstellfederarm in Anlage oder anlegbar ist.
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Dazu kann bauteil- und montagesparend das Abstützelement eine aus der Ebene der Ankerplatte herausgebogene Ausklinkung der Ankerplatte sein.
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Zu einem kompakten Aufbau führt es, wenn die Ankerplatte mit ihrem einen oder beiden einander gegenüberliegenden Seitenbereichen über die Stirnseite von Eisenkern und Spule hinausragt und dem einen oder beiden Seitenbereichen der Ankerplatte die Rückstellfedern und/oder die Federanschläge in Anlage oder anlegbar sind.
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Ragen beide Seitenbereiche hervor und sind an Rückstellfedern und/oder Federanschlägen in Anlage oder anlegbar, so wird ein Verschränken der Ankerplatte durch einseitige Kraftbeaufschlagung vermieden.
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Bei Verwendung gleichen Materials werden auf einfache Weise unterschiedliche Federwiderstände von Anschlagfederarmen und Rückstellfederarmen erreicht, wenn die den Anschlagfederarmen zugewandten Abstützelemente einen größeren radialen Abstand zur Lagerstelle aufweisen, als die den Rückstellfederarmen zugewandten Abstützelemente.
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Die vom Anschlagfederarm und/oder dem Rückstellfederarm bei Auslenkung erzeugte Federkraft kann progressiv ansteigend sein. Dies vermeidet in einfacher Weise störende Anschlaggeräusche beim Erreichen der Bestromungslage und der Ruhelage.
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Dazu kann der Anschlagfederarm und/oder der Rückstellfederarm selbst die progressiv ansteigende Federkraft erzeugend ausgebildet sein.
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Um aber kostengünstig einfache und gleichen Querschnitt aufweisende Federarme verwenden zu können, kann der der Rückstellfederarm in der Bestromungslage der Ankerplatte an einer oder mehreren Rückstellfeder-Abstützungen in Anlage sein.
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Zur Bestimmung der Progression kann dabei die Rückstellfeder mit zunehmender Auslenkung in die Bestromungslage sukzessiv an Rückstellfeder-Abstützungen zur Anlage gelangen, die in einem zunehmend radialen Abstand zur Lagerstelle angeordnet sind.
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Es ist aber auch möglich, dass die Rückstellfeder-Abstützung eine Abstützfläche aufweist, die mit zunehmendem radialem Abstand von dem Bereich der Lagerstelle ausgehend in Schwenkrichtung der Rückstellfeder in die Bestromungslage bogenartig gewölbt ist.
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In gleicher Weise kann auch der Anschlagfederarm in der Ruhelage der Ankerplatte an einer oder mehreren Anschlagfeder-Abstützungen in Anlage sein und die Anschlagfeder mit zunehmender Auslenkung in die Ruhelage sukzessiv an Anschlagfeder-Abstützungen zur Anlage gelangen, die in einem zunehmenden radialen Abstand zur Lagerstelle angeordnet oder die Anschlagfeder-Abstützung weist eine Abstützfläche auf, die mit zunehmendem radialem Abstand von dem Bereich der Lagerstelle ausgehend in Schwenkrichtung der Anschlagfeder in die Ruhelage bogenartig gewölbt ist.
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Zu einer bauraumsparenden Ausbildung mit geringer Anzahl von einzuhaltenden Toleranzen führt es, wenn am ersten Randbereich der Ankerplatte ein sich in Richtung der Schwenkachse erstreckende Schwenkwalze angeordnet ist, die zwischen den fest angeordneten Enden von Rückstellfederarm und Anschlagfederarm schwenkbar gelagert ist.
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Eine einfache lagerichtige Montage der Federarme ist dadurch möglich, dass ein erster Federarm L-artig ausgebildet ist, wobei der erste Schenkel des L den Anschlagfederarm und der zweite Schenkel des L einen fest anordenbaren ersten Befestigungsarm bildet.
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Dies trifft in gleicher Weise zu, wenn ein zweiter Federarm L-artig ausgebildet ist, wobei der erste Schenkel des L den Rückstellfederarm und der zweite Schenkel des L einen fest anordenbaren zweiten Befestigungsarm bildet.
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Dabei können bauraumsparend der erste Befestigungsarm und der zweite Befestigungsarm aufeinanderliegend angeordnet sein.
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Weisen das freie Ende des ersten Befestigungsarms und/oder des zweiten Befestigungsarms eine in eine Ausnehmung eines feststehenden Bauteils der Bedieneinrichtung einsetzbare Abwinklung auf, so ist eine einfache Steckmontage ohne die Notwendigkeit von Befestigungselementen zur Befestigung von Anschlagfederarm und Rückstellfederarm möglich.
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Zur Verstärkung der auf die Ankerplatte wirkenden Magnetkraft kann der Eisenkern ein U-artiges Joch aufweisen, dessen Basis mit dem der Ankerplatte abgewandten Ende des Eisenkerns verbunden ist und dessen Schenkel die Spule umgreifend in Richtung zur Ankerplatte geführt sind.
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Damit ist es möglich den Magnetbewegungstrieb geringdimensioniert auszugestalten und damit Bauraum zu sparen.
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Weist ein fest mit dem Träger verbindbares Gehäuseteil eine Aufnahmeausnehmung auf, in die der Klappankermagnet einsetzbar ist, so ist damit der Magnetbewegungsantrieb eine separate montierbare Baueinheit, die beim Einbau in die Bedieneinrichtung nicht mehr einjustiert werden muß.
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Eine Reduzierung der erforderlichen Bauteile wird dadurch erreicht, dass an dem Gehäuseteil innerhalb der Aufnahmeausnehmung die Abstützelemente für den Anschlagfederarm und/oder den Rückstellfederarm ausgebildet sind, wobei auch die Ausnehmung zur Aufnahme der Abwinklung des zweiten Befestigungsarms an dem Gehäuseteil ausgebildet sein kann.
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Zur einfachen Montage des vormontierten Magnetbewegungsantriebs kann das Gehäuseteil mittels einer Schraubbefestigung mit dem Träger fest verbindbar sein.
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Bestehen alle oder alle wesentlichen Bauteile des Magnetbewegungsantriebs aus metallischen Werkstoffen, so können diese Bauteile mit hoher Maßgenauigkeit gefertigt werden, so dass nach dem Zusammenbau keine oder keine wesentliche Justage des Magnetbewegungsantriebs erforderlich ist.
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Dies ermöglicht auch den Luftspalt zwischen der in Ruhelage befindlichen Ankerplatte und dem Eisenkern gering zu halten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Untenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung,
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2 einen Ausschnitt der Bedieneinrichtung nach 1 im Querschnitt,
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3 einen vergrößerten Ausschnitt der Bedieneinrichtung nach 1,
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4 eine perspektivische Obenansicht des Magnetbewegungsantriebs der Bedieneinrichtung nach 1,
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5 eine perspektivische Seitenansicht des Magnetbewegungsantriebs nach 4 ohne Gehäuseteil,
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6 eine Seitenansicht des Magnetbewegungsantriebs nach 4 ohne Gehäuseteil,
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7 eine Draufsicht des Magnetbewegungsantriebs nach 4.
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Die dargestellte Bedieneinrichtung besitzt ein Tastfeld 1, dessen Oberseite mit einer transparenten Folie 2 versehen ist, die eine Mehrzahl nicht dargestellter transparenter berührungsempfindlicher Tastbereiche aufweist.
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Die Tastbereiche können Kapazitivtastbereiche sein, bei deren Berührung ein Schaltsignal ausgelöst wird, das einem zu betätigenden Gerät zuführbar ist.
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Das Tastfeld 1 besitzt einen rechteckigen Rahmen 3, dessen innerer Bereich mit einer transparenten Platte 4 verschlossen ist, auf der die Folie 2 aufgebracht ist.
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An den kurzen Seiten des Rahmens 3 sind mit ihren einen Enden jeweils zwei Federarme 5 mit Rechteckquerschnitt in einem Abstand zueinander angeordnet, die rechtwinklig von der Seite des Tastfeldes 1 wegragen, welche der Folie 2 abgewandt ist.
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Die Federarme 5 erstrecken sich mit ihren Längsseiten parallel zu den kurzen Seiten des Rahmens 3 und sind mit ihren zweiten Enden an einem Träger 6 befestigbar.
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Die zweiten Enden der Federarme 5 sind in Lagerböcken 7 des Trägers 6 fest eingespannt.
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Die Lagerböcke 7 sind auf der der Mitte des Trägers 6 zugewandten Seite der jeweiligen Federarme 5 angeordnet und weisen an ihren den Federarmen 5 zugewandten Seiten Abstützflächen 9 mit einer Wölbung auf, die sich über einen Teil des Abstandes zwischen Träger 6 und Tastenfeld 1 erstreckt.
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Ausgehend von den Befestigungsstellen der Federarme 5 an den Lagerböcken 7 nähern sich die Abstützflächen 9 zu ihrem anderen Ende hin dem Mittelbereich des Trägers 6.
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Dadurch ist das mittels der Federarme 5 getragene und über diese mit dem Träger 6 verbundene Tastfeld 1 in Richtung seiner Längserstreckung relativ zum Träger 6 auslenkbar.
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Dabei bilden die Federarme 5 ein Parallelogramm, so dass andere Auslenkungen, als in Längserstreckungsrichtung des Tastfeldes 1 nicht möglich sind.
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An dem Träger 6 ist weiterhin ein Magnetbewegungsantrieb 10 angeordnet, der bei Berührung eines Tastbereiches und Auslösung des Schaltsignals zur Auslenkung auf das Tastfeld 1 einwirkt.
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Diese Auslenkung erfolgt über einen Weg in der Größenordnung von 0,2 mm bis 0,5 mm alternierend, wobei jedem Tastbereich ein eigener Rhythmus zugeordnet ist, in dem das Tastfeld 1 bei Berührung eines Tastbereichs von dem Magnetbewegungsantrieb 10 schwingend angetrieben wird.
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Bei jeder Auslenkung des Tastfeldes 1 gelangen die Federarme 5 an der einen kurzen Seite des Rahmens 3 zunehmend zur Anlage an den Wölbungen der ihnen zugeordneten Abstützflächen 9, so dass zum Ende einer Auslenkung die Federarme 5 zumindest weitgehend an den ihnen zugeordneten Abstützflächen 9 in Anlage sind.
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Das Zurückschwingen erfolgt dann bei ausgeschaltetem Magnetbewegungsantrieb 10 durch die Federkraft der Federarme 5.
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Dabei gelangen die beiden anderen Federarme 5 zur Anlage an den ihnen zugeordneten Abstützflächen 9.
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Dieser Schwingrhythmus ist durch die den Tastbereich berührende Bedienperson haptisch erfassbar und erkennbar.
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Haptisch erfolgt somit sowohl eine Rückmeldung, dass das Schaltsignal ausgelöst wurde, als auch aufgrund des Erkennens des speziellen Rhythmusses, welcher Tastbereich betätigt wurde.
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Damit kann die Bedienperson feststellen, ob sie den von ihr zu betätigten Tastbereich tatsächlich auch berührt hatte.
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Um zunächst die Stelle des jeweils zu betätigenden Tastbereichs auf dem Tastfeld 1 visuell erkennen zu können, ist auf der der Folie 2 abgewandten Seite des Tastfeldes 1 auf dem Träger 6 eine Flüssigkristallanzeige 12 angeordnet, deren dargestellte Zeichen und/oder Symbole die Bedienperson durch die transparente Platte 4 des Tastfelds 1 sehen kann.
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Dabei ist hinter jedem Tastbereich ein diesem zugeordnetes Zeichen und/oder Symbol angeordnet.
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Der in den 4 bis 7 dargestellte Magnetbewegungsantrieb ist eine separat montierbare Baueinheit mit einem rahmenartigen Gehäuseteil 8, das drei durchgehende Stützbohrungen 11 aufweist, in die nicht dargestellte Schrauben zur Befestigung der Baueinheit am Träger 6 einführbar sind.
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Das Gehäuseteil 8 besitzt eine rechteckige Aufnahmeausnehmung 13.
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In der einen Längswand 14 der Aufnahmeausnehmung 13 ist eine Jochplatte 15 eines Jochs 16 aus einem weichmagnetischen Werkstoff (Eisen) befestigt, von der aus in einem Abstand voneinander zwei Schenkel 17 des Jochs 16 in die Aufnahmeausnehmung 13 hineinragen.
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Mittig zwischen den Schenkel 17 ragt parallel zu diesen ein Eisenkern 18 in die Aufnahmeausnehmung 13, der von einer Spule 19 umschlossen ist.
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Auf der der Jochplatte 15 entgegengesetzten Seite des von der Spule 19 umschlossenen Eisenkerns 18 ist eine Ankerplatte 20 angeordnet, die um eine Schwenkachse an ihrem unteren Randbereich schwenkbar gelagert ist.
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Die Ankerplatte 20 ragt mit ihren beiden einander gegenüberliegenden Seitenbereichen über die Stirnseite von Eisenkern 18 und Spule 19 hinaus.
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In diesen beiden Seitenbereichen besitzt die Ankerplatte 20 jeweils eine sich entlang ihres unteren Randbereiches ersteckende Schwenkachse 21, die jeweils zwischen fest angeordneten Enden eines Rückstellfederarms 22 und eines Anschlagfederarms 23 schwenkbar gelagert ist.
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Die der Spule 19 näheren, als Blattfedern ausgebildete Rückstellfederarme 22 sind an an dem Gehäuseteil 8 ausgebildeten Abstützflächen 24 anlegbar, die mit zunehmendem radialen Abstand von dem Bereich der Schwenkwalzen 21 ausgehend in Schwenkrichtung der Ankerplatte 20 und damit auch in Schwenkrichtung des Rückstellfederarms 22 bogenartig gewölbt sind.
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Die der Spule 19 ferneren, als Blattfedern ausgebildeten Anschlagfederarme 23 sind an an dem Gehäuseteil 8 ausgebildeten Abstützflächen 25 anlegbar, die mit zunehmendem radialen Abstand von dem Bereich der Schwenkwalzen 21 ausgehend in Schwenkrichtung der Ankerplatte 20 und damit auch in Schwenkrichtung des Anschlagfederarms 23 bogenartig gewölbt sind.
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Ausgehend vom Bereich der Schwenkwalzen 21 sind die Abstützflächen 24 und 25 voneinander divergierend gewölbt, wobei sich die Abstützfläche 25 des Anschlagfederarms 23 sich von der Schwenkwalze 21 aus radial weiter erstreckt, als die Abstützfläche 24 des Rückstellfederarms 22.
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Der Anschlagfederarm 23 bildet einen ersten Schenkel eines L-artigen Federarms, dessen zweiter Schenkel einen ersten Befestigungsarm 26 bildet.
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An dem freien Ende des Befestigungsarms 26 befindet sich eine Abwinklung 27, die in eine Ausnehmung 28 des Gehäuseteils 8 ragt.
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Weiterhin bildet auch der Rückstellfederarm 22 einen ersten Schenkel eines L-artigen Federarms, dessen zweiter Schenkel einen Befestigungsarm 29 bildet und an seinem freien Ende eine in die Ausnehmung 28 ragende Abwinklung 30 aufweist.
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Die Befestigungsarme 26 und 29 sowie die Abwinklungen 27 und 30 erstrecken sich aneinanderliegend, wobei die Abwinklungen 27 und 30 unter Pressung in die Ausnehmung 28 eingesetzt sind, so dass die L-artigen Federarme an dem Gehäuseteil 8 befestigt sind.
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In den Bereichen der Federarme weist die Ankerplatte 20 aus deren Ebene herausgebogene Ausklinkungen auf.
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Dabei bilden die zu den Anschlagfederarmen 23 gerichteten Ausklinkungen Abstützelemente 31, durch die in einem radialen Abstand zu den Schwenkwalzen 21 die Anschlagfederarme 23 beaufschlagbar sind.
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Weitere, zu den Rückstellfederarmen 23 gerichtete Ausklinkungen bilden Abstützelemente 32, durch die in einem geringeren Abstand zu den Schwenkwalzen 21 als die Anschlagfederarme 23 die Rückstellfederarme 22 beaufschlagt sind.
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Da die Anschlagfederarme 23 und die Rückstellfederarme 22 aus gleichem Material gefertigt sind, überwiegt die Federkraft der Rückstellfederarme 22 die Federkraft der Anschlagfederarme 23 und hält die Ankerplatte 20 bei unbestromter Spule 19 in der in 6 dargestellten Ruhelage in Anlage an der Abstützfläche 25.
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In dieser Lage ist zwischen der Ankerplatte 20 und dem Eisenkern 18 sowie der Spule 19 ein Luftspalt 33 von annähernd 0,5 mm vorhanden.
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Wird die Spule 19 bestromt und erzeugt ein Magnetfeld, so wird die Ankerplatte 20 von diesem entgegen den Kräften der Rückstellfederarme 22 in ihre Bestromungslage nahe der Stirnseite von Eisenkern 18 und Spule 19 gezogen.
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Durch die Wölbung der Abstützflächen 24 reduziert sich dabei sukzessive die wirksame Federlänge, was zu einem überproportionalen Ansteigen der Federkräfte führt.
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Dadurch wird ein hartes Anschlagen der Rückstellfederarme 22 in ihrer Endauslenkung an den Abstützflächen 24 vermieden.
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Gleichzeitig führen die hohen Federkräfte in der Endauslenkung der Rückstellfederarme 22 bei einer Beendigung der Bestromung der Spule 19 zu einer hohen Beschleunigung der Rückschwenkbewegung der Ankerplatte 20.
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Die Wölbungen der Abstützflächen 25 sorgen analog den Abstützflächen 24 dafür, dass es zu keinem harten Anschlagen der Anschlagfedern 23 an den Abstützflächen 25 kommt.
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Dies führt zu einer zumindest weitgehenden Vermeidung von störenden Geräuschen.
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Durch eine rhythmische Bestromung der Spule 19 kommt es zu einer entsprechenden rhythmischen Bewegung der Ankerplatte 20.
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Da die Ankerplatte 20 an ihrem dem Randbereich der Schwenkwalzen 21 entgegengesetzten Randbereich hervorstehende Mitnehmeransätze 34 aufweist, mittels derer sie mit dem Tastfeld 1 gekoppelt ist, wird die rhythmische Bewegung auf das Tastfeld 1 übertragen und kann von der Bedienperson haptisch erfaßt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tastfeld
- 2
- Folie
- 3
- Rahmen
- 4
- Platte
- 5
- Federarme
- 6
- Träger
- 7
- Lagerböcke
- 8
- Gehäuseteil
- 9
- Abstützflächen
- 10
- Magnetbewegungsantrieb
- 11
- Stufenbohrungen
- 12
- Flüssigkristallanzeige
- 13
- Aufnahmeausnehmung
- 14
- erste Längswand
- 15
- Jochplatte
- 16
- Joch
- 17
- Schenkel
- 18
- Eisenkern
- 19
- Spule
- 20
- Ankerplatte
- 21
- Schwenkwalze
- 22
- Rückstellfederarm
- 23
- Anschlagfederarm
- 24
- Abstützflächen
- 25
- Abstützflächen
- 26
- Befestigungsarm
- 27
- Abwinklung
- 28
- Ausnehmung
- 29
- Befestigungsarm
- 30
- Abwinklung
- 31
- Abstützelemente
- 32
- Abstützelemente
- 33
- Luftspalt
- 34
- Mitnehmeransätze
