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Die Erfindung betrifft ein Schaltbedienfeld nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiges Schaltbedienfeld kann ein oder auch mehrere Schaltelemente zur manuellen Betätigung aufweisen. Das Schaltbedienfeld kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
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Ein solches Schaltbedienfeld weist eine Betätigungsfläche für die manuelle Einwirkung mittels eines Elements durch den Benutzer auf. Insbesondere kann es sich bei dem Element um den Finger einer menschlichen Hand handeln, mit dessen Hilfe die Betätigung der Schaltelemente des Schaltbedienfeldes erfolgt. Die Betätigungsfläche wirkt dabei mit einem Sensor derart zusammen, dass der Sensor bei Annäherung des Elements an die Betätigungsfläche und/oder bei Berührung der Betätigungsfläche mittels des Elements und/oder bei Druckeinwirkung mittels des Elements auf die Betätigungsfläche ein Signal erzeugt. Das Signal dient zum Schalten und/oder Auslösen einer dem jeweiligen Schaltelement im Schaltbedienfeld zugeordneten Funktion in der Art eines Schaltsignals.
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Als Sensoren werden in herkömmlicher Weise elektrische Schalter, Schnappscheiben o. dgl. verwendet. Hierbei handelt es sich um direkt bewegliche Schaltelemente. Diese machen einen mechanischen Kontakt zwischen der Betätigungsfläche und dem Sensor erforderlich, was wiederum beispielsweise zu Verschleiß führt. Außerdem sind zur Betätigung der Schaltelemente entsprechende bewegliche Betätigungsorgane erforderlich, die aus der Oberfläche des Schaltbedienfeldes herausragen, so dass die Gefahr des Eindringen von Schadstoffen in das Schaltbedienfeld an den Betätigungsorganen besteht. Desweiteren sind diese herkömmlichen Schaltelemente kostenintensiv sowie in ihrer Funktionalität eingeschränkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltbedienfeld derart weiterzuentwickeln, dass die Gefahr des Eindringen von Schadstoffen verringert und die Betriebssicherheit somit erhöht ist.
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Bevorzugterweise soll das Schaltbedienfeld im Hinblick auf eine kostengünstige Sensorik weiterentwickelt werden. Insbesondere soll die Realisierung der Sensorik, also der Druckerfassung, bei Bedienfeldern ohne herkömmliche Schaltelemente, wie Schalter, Schnappscheiben o. dgl., erfolgen.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schaltbedienfeld durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Schaltbedienfeld bildet die Betätigungsfläche eine im wesentlichen geschlossene Oberfläche. Durch die Verwendung von Sensoren, die lediglich mit der Betätigungsfläche zusammenwirken, kann auf direkt bewegliche Schaltelemente verzichtet werden. Vorteilhafterweise ist ein Eindringen von Schadstoffen an der geschlossenen Oberfläche verhindert, so dass die Funktionssicherheit des Schaltbedienfeldes gesteigert ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßigerweise weist das Schaltbedienfeld ein Gehäuse zur Aufnahme der Betätigungsfläche auf, so dass das Schaltbedienfeld als ein separates, vormontierbares Bauteil hergestellt werden kann. Das Schaltbedienfeld lässt sich dann in einfacher Art und Weise im Kraftfahrzeug montieren. Das Gehäuse kann derart ausgestaltet sein, dass die Betätigungsfläche einen an einer Seite des Gehäuses befindlichen Abschluss darstellt und somit eine im wesentlichen geschlossene Oberfläche am Gehäuse bildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die Realisierung der Sensorik, also der Druckerfassung, bei Bedienfeldern ohne herkömmliche Schaltelemente, wie Schalter, Schnappscheiben o. dgl., indem der Sensor aus einem Dehnungsmessstreifen (DMS) besteht. Es erfolgt somit die Anwendung von DMS (Dehnungsmessstreifen) in einem Bedienfeld als Sensor. Der Sensor kann derart mit der Betätigungsfläche in Wirkverbindung stehen, dass die Einwirkung des Elements auf die Betätigungsfläche eine Verformung des Dehnungsmessstreifens bewirkt. Die durch die Verformung im Dehnungsmessstreifen bewirkte Veränderung des elektrischen Widerstands kann dann zur Erzeugung des Signals ausgewertet werden.
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Der Dehnungsmessstreifen kann in kompakter sowie funktionssicherer Ausgestaltung an einem Federelement befestigt sein, derart dass das Federelement mitsamt dem Dehnungsmessstreifen durch die Druckeinwirkung auf die Betätigungsfläche verformt wird. In einfacher Weise kann hierzu der Dehnungsmessstreifen am Federelement aufgeklebt sein. Zwecks einfacher Montage kann das Federelement als ein elastisch federnder Bereich an einem Hohlkörperteil befindlich sein.
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Desweiteren kann in kompakter Art ein Betätiger an der Betätigungsfläche angeordnet sein, derart dass die Einwirkung auf die Betätigungsfläche mittels des Betätigers auf das Federelement übertragen wird. Insbesondere kann diese Einwirkung auf den federnden Bereich des Hohlkörperteils übertragen werden. Weiterhin kann in einfacher Art und Weise das Hohlkörperteil auf einer im Gehäuse befindlichen Leiterplatte angeordnet sein.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaltbedienfeldes ist nachfolgendes festzustellen.
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Ein Dehnungsmessstreifen (DMS) wird auf einem federnden Element im Bedienfeld befestigt. Bei einer Betätigung der Bedienoberfläche durch den Bediener wird das federnde Element verformt und somit auch die DMS. Die dabei entstandene Widerstandsänderung des DMS kann ausgewertet werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Möglichkeit geschaffen ist, um die Sensorik ohne herkömmliche Schaltelemente mit Weg zu realisieren Vorteilhafterweise erhält man ein Bedienfeld mit ”Nullweg” und bei Bedarf auch mit ”Nullkraft”. Desweiteren ist eine Einsparung von Bauraum im Bedienfeld gegeben.
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Schließlich ist das mit einem Dehnungsmessstreifen ausgestattete Schaltbedienfeld auch besonders kostengünstig.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 ein Schaltbedienfeld für ein Kraftfahrzeug in perspektivischer Ansicht,
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2 das Bedienfeld aus 1 in Explosions-Darstellung,
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3 die Betätigungsfläche des Bedienfelds aus 2 in Explosions-Darstellung,
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4 einen Schnitt durch das Bedienfeld aus 1 im Bereich eines Displays,
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5 einen Schnitt durch das Bedienfeld aus 1 im Bereich eines Symbols,
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6 einen Schnitt durch das Bedienfeld aus 1 mit Darstellung der Kontaktierung der Leitfolie,
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7 einen Schnitt durch das Bedienfeld aus 1 im Bereich des Hallsensors,
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8 einen Schnitt wie in 7 mit Darstellung der Betätigung des Hallsensors,
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9 ein Bedienfeld mit einem Dehnungsmessstreifen als Sensor in einer das Prinzip zeigenden Explosionsdarstellung,
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10 die Funktionsweise des Sensors aus 9 sowie eine Schnittdarstellung dieses Sensors und
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11 einen Schnitt durch das Bedienfeld aus 1 im Bereich eines Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Elements.
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In 1 ist ein Schaltbedienfeld 1 für ein Kraftfahrzeug mit einer Betätigungsfläche 3 zu sehen, an dem einzelne Bereiche 2 in der Art von Schaltelementen zur Auslösung und/oder Bedienung verschiedener Funktionen im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Beispielsweise kann es sich bei dem Bedienfeld 1 um ein solches zur Bedienung der Klimaanlage im Kraftfahrzeug handeln, wobei mittels der Schaltelemente 2 die Temperatur im Kraftfahrzeug, die Lüftung, das Frontscheibengebläse o. dgl. durch den Benutzer einstellbar ist. An der Betätigungsfläche 3 ist für die Schaltelemente 2 ein Funktionssymbol 9 zur Darstellung der mittels des Schaltelementes 2 auslösbaren Funktion sowie eine Funktionsanzeige 10 zur Darstellung des Zustandes (Ein/Aus) der jeweiligen Funktion angeordnet, wobei das Funktionssymbol 9 sowie die Funktionsanzeige 10 beleuchtbar sind.
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Das Bedienfeld 1 besitzt ein Gehäuse 4, an dessen Oberseite die Betätigungsfläche 3 befindlich ist. Wie der 1 zu entnehmen ist, weist die Betätigungsfläche 3 eine im wesentlichen geschlossene Oberfläche auf, womit das Bedienfeld 1 vor schädlichen äußeren Einflüssen weitgehend geschützt ist. Die Schaltelemente 2 sind dadurch betätigbar, indem der Benutzer mittels eines Elements 11 auf den entsprechenden Bereich 2 der Betätigungsfläche 3 manuell einwirkt. Bei dem Element 11 handelt es sich insbesondere um einen Finger der menschlichen Hand des Benutzers.
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Wie man in 2 sieht, befindet sich im Gehäuse 4 eine Leiterplatte 5, auf der elektrische/elektronische Bauteile 6, beispielsweise Leuchtdioden zur Beleuchtung der Betätigungsfläche 3, angeordnet sind. Die Betätigungsfläche 3 ist wiederum auf einem im Gehäuse 4 befindlichen, als Halterung für die Leiterplatte 5 dienenden Reflektor 26 angeordnet. Von den Leuchtdioden 6 führen Lichtleiter 37 zu den Funktionssymbolen 9 sowie Lichtleiter 38 zu den Funktionsanzeigen 10 an der Betätigungsfläche 3, wie in 5 zu sehen ist, derart dass das von den Leuchtdioden 6 abgestrahlte Licht zur Beleuchtung der Funktionssymbole 9 und/oder der Funktionsanzeigen 10 geführt ist. Anhand der 3 erkennt man weiter, dass die Betätigungsfläche 3 aus einer Blende 24, die die eigentliche Bedienoberfläche für den Benutzer darstellt, einem Blendenträger 25 sowie einem weiteren Trägerteil 39 besteht.
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Das manuelle Einwirken des Fingers 11 auf die Betätigungsfläche 3 wird mittels eines Sensors detektiert. Hierzu ist in und/oder an der Betätigungsfläche 3 eine elektrisch leitfähige Folie 12 angeordnet, mit deren Hilfe mittels Anlegen einer elektrischen Spannung ein elektrisches Feld im Bereich der Betätigungsfläche 3 erzeugt wird. Die Betätigungsfläche 3 wirkt mit dem Sensor 12 derart zusammen, dass der Sensor 12 bei Annäherung des Elements 11 an die Betätigungsfläche 3 ein Signal erzeugt, indem die Veränderung des elektrischen Feldes durch die Annäherung des Fingers 11, insbesondere die kapazitive Veränderung, ausgewertet wird.
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Wie man weiter der 3 entnimmt, besitzt die Folie 12 einzelne, voneinander elektrisch isolierte Leitbereiche 13. Die Folie 12 ist so angeordnet, dass jedem Bereich 2 an der Betätigungsfläche 3 ein solcher Leitbereich 13 zugeordnet ist. Durch Auswertung der Veränderung des elektrischen Feldes für einen einzelnen Leitbereich 13 lässt sich zudem die Berührung der Betätigungsfläche 3 mittels des Fingers 11 detektieren, und zwar anhand des jeweiligen Leitbereichs 13 die Berührung des jeweiligen Schaltelements 2. Die Betätigungsfläche 3 wirkt mit dem Sensor 13 derart zusammen, dass der Sensor 13 bei Berührung des entsprechenden Bereichs 2 der Betätigungsfläche 3 mittels des Elements 11 ein Signal erzeugt, indem die Veränderung des elektrischen Feldes für den Leitbereich 13 durch die Berührung des Fingers 11, insbesondere die kapazitive Veränderung, ausgewertet wird.
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Anhand der 3 erkennt man, dass die elektrisch leitfähige Folie 12 durch Einlegen zwischen dem Blendenträger 25 und dem Trägerteil 39 im Gehäuse 4 befestigt ist. Selbstverständlich kann die elektrisch leitfähige Folie 12 auch durch Kleben an den Blendenträger 25, durch Umspritzen und/oder Hinterspritzen der elektrisch leitfähigen Folie 12 mittels des Blendenträgers 25 o. dgl. befestigt sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist. Die Blende 24 besteht zumindest im Sichtbereich bzw. an der Bedienoberfläche aus elektrisch schlecht oder elektrisch nicht leitendem Werkstoff. Die elektrisch leitfähige Folie 12 ist mittels eines Verbindungsteils 51 über eine Steckerbuchse 50, einen Stecker oder einer sonstigen zweckmäßig gewählten Kontaktverbindung auf der Leiterplatte 5 elektrisch kontaktiert, wie man in 6 sieht. Bei Bedarf kann das Bedienfeld 1 ein in 4 gezeigtes Display 52 aufweisen.
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Die elektrisch leitfähige Folie 12 ist für Licht im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich im wesentlichen transparent, um eine gute Ausleuchtung der Funktionssymbole 9 und/oder der Funktionsanzeigen 10 zu gewährleisten. Ebenso ist der Blendenträger 25 für sichtbares Licht im wesentlichen transparent. Das Trägerteil 39 hingegen ist für sichtbares Licht im wesentlichen undurchlässig, um Streustrahlung in die nicht zu beleuchtenden Bereiche an der Blende 24 zu verhindern. Falls notwendig kann die elektrisch leitfähige Folie 12 und/oder der Blendenträger 25 auch für sonstige Strahlung, beispielsweise für Infrarot-Strahlung, durchlässig sein.
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Wie weiter anhand der 2 zu erkennen ist, steht ein magnetisiertes Element 14 mit der Betätigungsfläche 3 in Wirkverbindung. Hierfür ist gemäß 7 der Magnet 14 an der dem Inneren des Gehäuses 4 zugewandten Seite der Betätigungsfläche 3 an einem als Halter 47 dienenden Betätiger angeordnet, wobei der Betätiger 47 wiederum Bestandteil des Trägerteils 39 ist. Dem Magnet 14 ist ein Hallsensor 15 zugeordnet, der sich auf der Leiterplatte 5 im Gehäuse 4 befindet. Bei Druckeinwirkung mittels des Fingers 11 auf die Betätigungsfläche 3 biegt sich die Betätigungsfläche 3 geringfügig durch, so dass der Magnet 14 dementsprechend bewegt wird, wozu das Trägerteil 39 mittels eines elastischen Lagers 53 am Reflektor 26 angeordnet ist. Diese in 8 mit dem Pfeil 54 dargestellte Bewegung des Magneten 14, die korrespondierend zur Bewegung der Betätigungsfläche 3 ist, wird mittels des Hallsensors 15 detektiert. Somit wirkt die Betätigungsfläche 3 mit dem Sensor 15 derart zusammen, dass der Sensor 15 bei Druckeinwirkung mittels des Elements 11 auf die Betätigungsfläche 3 ein Signal erzeugt, indem die Veränderung des magnetischen Feldes durch den Magneten 14 ausgewertet wird.
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Die in 3 gezeigte Betätigungsfläche 3 bzw. das Trägerteil 39 ist mit Magneten 14 bestückt, deren Anzahl designabhängig korrespondierend zur Anzahl der Schaltelemente 2 gewählt ist. Alternativ kann die Betätigungsfläche 3 auch an sich magnetisch ausgebildet sein. Anhand der 8 ergibt sich die Funktion des Schaltelements 2. Die Wegänderung, die sich durch die Betätigung der Oberfläche der Betätigungsfläche 3 durch den Bediener ergibt, wird mittels einer Auswerteelektronik erfasst und als Betätigung ausgewertet. Der Hallsensor 15 dient somit zur Druckerfassung für die Betätigungsfläche 3. Die Vorteile dieses Systems bestehen in:
- – SMD-Bestückung des Hallsensors 15 ist möglich.
- – Kleinste Wegänderungen (unter 0,01 mm) der Betätigungsfläche 3 werden sicher erfasst. Ein Bedienfeld 1 mit „Nullweg” ist möglich. Die Empfindlichkeit ist einstellbar.
- – Da kein mechanischer Kontakt zwischen den Bauteilen stattfindet, wird der Einfluss von Toleranzen in Z-Richtung (Betätigungsrichtung) stark minimiert.
- – Kein mechanischer Verschleiß.
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Ergänzend oder an Stelle des Hallsensors 15 kann auch ein Dehnungsmessstreifen 55 als Sensor Verwendung finden, auf den die Durchbiegung der Betätigungsfläche 3 verformend einwirkt, wie in 9 zu sehen ist. Der Dehnungsmessstreifen 55 steht wiederum mit der Betätigungsfläche 3 in Wirkverbindung, derart dass die Einwirkung des Elements 11 auf die Betätigungsfläche 3 eine Verformung des Dehnungsmessstreifens 55 bewirkt. Diese Verformung des Dehnungsmessstreifens 55 bewirkt eine Veränderung von dessen elektrischen Widerstand. Die Veränderung des elektrischen Widerstands wird dann wiederum für die Erzeugung des Signals ausgewertet.
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Wie in 10 zu sehen ist, ist ein Betätiger 56 an der Betätigungsfläche 3 angeordnet. Wird nun mittels des Elements 11 eine Kraft 57 auf die Betätigungsfläche 3 ausgeübt, so wird diese Einwirkung auf die Betätigungsfläche 3 mittels des Betätigers 56 auf ein Federelement 58 übertragen. Der Dehnungsmessstreifen 55 ist an dem Federelement 58 befestigt, beispielsweise am Federelement 58 aufgeklebt. Aufgrund der Einwirkung der Druckkraft 57 wird somit das Federelement 58 mitsamt dem Dehnungsmessstreifen 55 entsprechend verformt.
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Wie man weiter anhand von 10 erkennt, ist das Federelement 58 als ein elastisch federnder Bereich an einem Hohlkörperteil 59 befindlich. Der Dehnungsmessstreifen 55 ist im Inneren des Hohlkörperteils 59 am federnden Bereich 58 angebracht und damit vor schädlichen Einflüssen geschützt. Die Druckkraft 57 wird also mittels des Betätigers 56 auf den federnden Bereich 58 des Hohlkörperteils 59 und vom federnden Bereich 58 wiederum auf den Dehnungsmessstreifen 55 übertragen. Das Hohlkörperteil 59 ist schließlich auf der im Gehäuse 4 befindlichen Leiterplatte 5 angeordnet.
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Das von den Sensoren 12, 13, 15, 55 erzeugte Signal lässt sich entsprechend auswerten und dient dann zum Schalten und/oder Auslösen der jeweiligen Funktion im Kraftfahrzeug in der Art eines Schaltsignals. Wenigstens eines der von den Sensoren 12, 13, 15, 55 erzeugten Signale und/oder ein weiteres aufgrund der Auswertung der von den Sensoren 12, 13, 15, 55 erzeugten Signale kann weiterhin die Erzeugung einer Haptik und/oder Akustik für das Schaltbedienfeld 1 veranlassen. Hierfür ist ein Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element 7 (siehe 11) vorgesehen, welches mit der Betätigungsfläche 3 in Wirkverbindung steht. Das entsprechende Signal kann nun einen Aktor 8 zur Betätigung des Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Elements 7 ansteuern.
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Wie man in 11 sieht, handelt es sich bei dem Aktor 8 um einen Elektromagneten. Der Elektromagnet 8 besitzt eine Spule 16 sowie einen in der Spule 16 beweglich gelagerten, mit einer Feder 48 beaufschlagten Anker 17. Wird nun der Aktor 8 angesteuert, so erfolgt eine entsprechende Bestromung der Spule 16 des Elektromagneten 8, wodurch wiederum der Anker 17 des Elektromagneten 8 bewegt wird. Der bewegte Anker 17 schlägt dabei auf das blattfederartig ausgestaltete Haptik- und/oder Akustik-erzeugende Element 7 auf. Aufgrund des Aufschlags wird zum einen vom Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Element 7 ein Geräusch in der Art eines Klicken erzeugt, welches dem Benutzer das Schalten des Schaltelements 2 signalisiert. Zum anderen wird die Aufschlagbewegung des Ankers 17 vom Haptik- und/oder Akustik-erzeugenden Element 7 über einen an der Innenseite der Betätigungsfläche 3 angeordneten Stößel 18 auf die Betätigungsfläche 3 übertragen, was wiederum vom Finger 11 des Benutzers als haptische Rückmeldung für das Schalten des Schaltelements 2 gefühlt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann das erfindungsgemäße Schaltbedienfeld nicht nur in Bedienfeldern für Kraftfahrzeuge sondern auch in Bedienfeldern an Hausgeräten, Audiogeräten, Videogeräten, Telekommunikationsgeräten o. dgl. Verwendung finden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltbedienfeld/Bedienfeld
- 2
- Bereich/Schaltelement
- 3
- Betätigungsfläche
- 4
- Gehäuse
- 5
- Leiterplatte
- 6
- elektrisches/elektronisches Bauteil/Leuchtdiode
- 7
- Haptik- und/oder Akustik-erzeugendes Element
- 8
- Aktor/Elektromagnet/Hubmagnet
- 9
- Funktionssymbol
- 10
- Funktionsanzeige
- 11
- Element/Finger
- 12
- (elektrisch leitfähige) Folie/Sensor
- 13
- Leitbereich/Sensor
- 14
- Magnet/magnetisiertes Element
- 15
- Hallsensor/Sensor
- 16
- Spule (von Elektromagnet)
- 17
- Anker (von Elektromagnet)
- 18
- Stößel
- 24
- Blende
- 25
- Blendenträger
- 26
- Reflektor
- 37
- Lichtleiter (für Funktionssymbol)
- 38
- Lichtleiter (für Funktionsanzeige)
- 39
- Trägerteil
- 47
- Halter/Betätiger
- 48
- Feder
- 50
- Steckerbuchse
- 51
- Verbindungsteil
- 52
- Display
- 53
- (elastisches) Lager
- 54
- Pfeil
- 55
- Dehnungsmessstreifen/Sensor
- 56
- Betätiger
- 57
- Kraft/Druckkraft
- 58
- Federelement/federnder Bereich
- 59
- Hohlkörperteil
