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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, eine Anwenderschnittstelle sowie ein Verfahren zur Ausgabe einer Rückmeldung auf eine Anwendereingabe an einen Anwender. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung haptische Rückmeldungen an einen Anwender, welcher eine berührungslose Eingabe in Form einer Geste vornimmt.
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Die Bedienung technischer Geräte wird meist durch Schalter und Taster sowie durch berührungssensitive Oberflächen realisiert. Diese sind im Auto z.B. im Lenkrad, im Armaturenbrett oder in der Mittelkonsole zu finden. Bei der Betätigung wird durch ein haptisches Feedback eine Rückmeldung erzeugt, durch die der Anwender einen erfolgten Schaltvorgang erfühlen kann. Selbst ein Touchscreen (berührungsempfindlicher Bildschirm) kann vom Anwender als haptisches Feedback erfahren werden, weil die Finger die Oberfläche berühren und damit einen Nervenreiz erzeugen.
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Ein neues und noch nicht so bekanntes System bedient sich der Gestensteuerung. Dabei ist es nicht erforderlich, eine Schaltoberfläche zu berühren, da die Gesten als frei im Raum ausgeführte Gesten (3D-Gesten) vorgenommen werden. Im Ansprechen auf eine erfolgreich erkannte Geste wird eine der Geste zugeordnete Funktion ausgelöst. In diesem Fall fehlt die direkte sensorische Rückkopplung an den Anwender, welche bei anderen Eingabemodalitäten vom Anwender erwartet wird und für dessen Informationslage entscheidend ist. Andernfalls würde ein Anwender im Ungewissen verbleiben, ob seine Geste von der Anwenderschnittstelle erkannt und zur Auslösung der Funktion verarbeitet wurde. Mit einem direkten Feedback wäre aber z. B. eine blinde Bedienung sicherer möglich und Fehlbedienungen könnten durch das Feedback direkt dem Nutzer mitgeteilt werden.
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Üblicherweise existieren bei gattungsgemäßen Anwenderschnittstellen viele verschiedene Schalter/Taster-Baugruppen. In allen wird auf einer Platine mit darauf angebrachten elektrisch leitenden Materialien eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt oder getrennt. Diese ist dem unterschiedlichen Design und dem vorhandenen Platz angepasst und wird üblicherweise als eine Baugruppe/Komponente verbaut. Zudem existieren viele Anwenderschnittstellen, die durch Sensoren oder bei direkter haptischer Interaktion feststellen, dass ein Benutzer sich mit ihnen befasst, im Ansprechen worauf Hilfestellungen gegeben werden können. Ein gutes Beispiel sind gesperrte Smartphones, die eine definierte Entsperrgeste auf dem Touchscreen erwarten und dem Anwender hierzu erforderliche Gesten auf dem gesperrten Bildschirm andeuten (z. B. die Apple iOS oder Blackberry 10-Plattform).
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DE 10 2007 039 450 A1 offenbart einen berührungsempfindlichen Bildschirm, welcher durch Wärmestrahlung eine Rückmeldung an den Anwender dazu ausgibt, über welcher Schaltfläche sich der Finger des Anwenders derzeit befindet.
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DE 10 2012 208 355 A1 offenbart eine Anordnung zum Erzeugen einer Tastsinnreizung eines Anwenders einer Anwenderschnittstelle, welche dazu eingerichtet ist, mechanische Wellen auszusenden, welche den Anwender über eine Tastsinnreizung mit Informationen versorgen, zum Ausführen von Befehlen anregen und hierdurch ein berührungsloses taktiles Feedback, welches amplitudengesteuert und/oder ortsaufgelöst sein kann, darstellen.
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Als Beispiel werden Ultraschallsignale genannt, welche der Anwender spüren kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technisch einfache und funktional zuverlässige Möglichkeit für eine Rückmeldung auf eine Anwendereingabe bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ausgabe einer Rückmeldung auf eine Anwendereingabe an einen Anwender gelöst. Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine insbesondere berührungslose Gestensteuerung mittels einer direkten Sinnenwahrnehmung zu erweitern, um dem Bediener die Möglichkeit zu bieten, ein Feedback über die Auslösung der Funktion zu geben. Damit ist der Anwender in der Lage, die Steuerung ohne direktes Hinschauen (also „blind“) auszuführen. Das Verfahren umfasst in einem ersten Schritt ein Erkennen einer Anwendereingabe, was beispielsweise mittels eines Sensors (z. B. kapazitiv, optisch, o.ä.) erfolgen kann. Insbesondere bezieht sich die Anwendereingabe primär nicht auf die Änderung einer Luftströmung (z. B. einer Heiz-/Klimaanlage und/oder eines Haartrockners), sondern hat primär (losgelöst von der erfindungsgemäßen Rückmeldung) gänzlich von einer für den Anwender haptisch erlebbaren Luftströmung unabhängige Funktionsaufrufe zum Gegenstand. Im Ansprechen auf das Erkennen der Anwendereingabe wird als Rückmeldung auf die Anwendereingabe ein Luftstrom, welcher auf die Haut des Anwenders gerichtet ist, erzeugt beziehungsweise ein bereits bestehender Luftstrom in vordefinierter Weise variiert. Das Erzeugen beziehungsweise das Variieren des Luftstromes ist jedoch als Sekundärreaktion der Anwenderschnittstelle beziehungsweise als Quittiersignal zu verstehen und wird durch einen primären Funktionsaufruf anderer Art begleitet. Der primäre Funktionsaufruf kann beispielsweise eine Funktion eines Fahrzeuges sein, in welchem eine erfindungsgemäß ausgestaltete Anwenderschnittstelle zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist.
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Die Gestensteuerung besteht prinzipiell also aus zwei Bestandteilen: Einerseits der Lokalisierung und Verfolgung von Sensorsignalen im Eingabesignal sowie andererseits der Klassifikation der Geste. Durch die Lokalisierung der Hand während der Bewegung eröffnet sich die Möglichkeit, ein direktes, haptisches Feedback auf der Handoberfläche zu erzeugen.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt kann eine Bewegung einer zur Anwendereingabe verwendeten Hand eines Anwenders erkannt werden, wobei die Bewegung beispielsweise nach Art einer Wischgeste erfolgt. Dabei kann die Natur der Bewegung durch ein mittels der Anwendereingabe manipuliertes Bedienelement (z. B. ein „Slider“/Schieberegler) vorgegeben sein, sodass in einem weiteren Schritt eine zukünftige Position der Hand anhand einer Geschwindigkeit und Richtung der Anwendereingabe vorhergesagt werden kann. Da die Erzeugung und/oder die Variation eines Luftstromes in Abhängigkeit eines Abstandes der Hand des Anwenders zu einem verwendeten Luftleitmittel mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung die Haut des Anwenders reizt, kann der Luftstrom auf eine zukünftige Position gerichtet erzeugt beziehungsweise variiert werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass eine rasch ausgeführte Geste des Anwenders eine erfindungsgemäße Rückmeldung unterbindet.
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Die erfindungsgemäße Rückmeldung durch Erzeugung/Variation des Luftstromes kann informationstechnisch unabhängig von einem Signal zur Veranlassung des mit der Anwendereingabe assoziierten Funktionsaufrufes erfolgen. Mit anderen Worten kann der Luftstrom als Rückmeldung auf die Anwendereingabe zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt veranlasst werden als der korrespondierende Aufruf der assoziierten Primärfunktion.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anwenderschnittstelle vorgeschlagen, welche ein Luftleitmittel umfasst, welches beispielsweise nach Art eines Ausströmers, einer Düse o.ä. ausgestaltet sein kann. Über die Luftleitmittel kann eine in vordefinierter Weise gerichtete Luftströmung erzeugt und insbesondere variiert werden. Eine Erfassungseinrichtung ist eingerichtet, eine vom Anwender ausgeführte Geste zu erkennen. Zudem umfasst die Anwenderschnittstelle eine Auswerteeinheit, welche z.B. als programmierbarer Prozessor, Mikrocontroller, Nanocontroller o.ä. ausgestaltet sein kann. Die Erfassungseinrichtung ist eingerichtet, die Anwendereingabe zu erkennen und in Datenform an die Auswerteeinheit zu melden. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, im Ansprechen auf die Anwendereingabe mittels der Luftleitmittel eine Rückmeldung an den Anwender auszugeben, indem ein auf die Haut des Anwenders gerichteter Luftstrom erzeugt und/oder variiert wird. Auf diese Weise erhält der Anwender eine Quittung auf die Anwendereingabe, welche – wie in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert – zusätzlich zur erfindungsgemäßen Rückmeldung an den Anwender als Sekundärfunktion eine Primärfunktion startet, welche abseits der erfindungsgemäßen Verknüpfung nicht notwendigerweise mit der Erzeugung eines Luftstromes assoziiert sein muss. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Anwenderschnittstelle eingerichtet, die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechender Weise zu verwirklichen.
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Die Auswerteeinheit der Anwenderschnittstelle kann eingerichtet sein, eine kontinuierliche Bewegung eines zur Anwendereingabe verwendeten Eingabemittels (z. B. die Hand eines Anwenders) zu erkennen. Zusätzlich ist die Auswerteeinheit eingerichtet, eine zukünftige Position des Eingabemittels vorher zu sagen (z. B. zu extrapolieren) und anschließend den Luftstrom mittels der Luftleitmittel auf die zukünftige Position auszurichten. Somit kann vermieden werden, dass der Luftstrom an einer vorübergehenden Position der Hand des Anwenders erst im Nachhinein eintrifft, um dort die erfindungsgemäße haptische Rückmeldung an den Anwender zu geben.
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Die Anwenderschnittstelle kann eine Anzeigeeinrichtung (z. B. ein Bildschirm, insbesondere ein zentrales Informationsdisplay und/oder ein Kombiinstrument und/oder das Display eines mobilen tragbaren Anwenderendgerätes) umfassen. Hierbei können die Luftleitmittel in einer gemeinsamen Einhausung mit der Anzeigeeinrichtung der Anwenderschnittstelle angeordnet sein. Unabhängig von der Anzeigeeinrichtung kann die Anwenderschnittstelle eine Sitzgelegenheit umfassen, welche beispielsweise eine Sitzfläche und/oder eine Kopfstütze aufweist und bevorzugt als Fahrzeuginnenraumausstattung ausgestaltet sein kann. Während die gemeinsame Einhausung mit der Anzeigeeinrichtung eine bestmögliche haptische Erlebbarkeit des Luftstroms während einer Bedienung der Anzeigeeinrichtung ermöglicht, ist die Anordnung der Luftleitmittel in der Sitzgelegenheit ein Garant dafür, dass unabhängig von einer Position der Hand des Anwenders die Rückmeldung stets vom Anwender erlebbar ist. Letzteres ist insbesondere für solche Anwendereingaben vorteilhaft, welche unabhängig von einer Gesteneingabe erfolgen (z. B. eine Spracheingabe, eine Eingabe mittels Blickrichtung o.ä.).
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Unabhängig vom erfindungsgemäßen Aspekt kann das Variieren ein Pulsieren des Luftstroms bewirken. Mit anderen Worten wird ein intermittierender Luftstrom erzeugt, in welchem zumindest bezüglich eines Ortes abwechselnde Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Richtungen vorherrschen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Luftverteilung als Variation des Luftstroms angepasst werden. Dies bezieht sich auf eine räumliche Erstreckung des Luftstromes in unterschiedlich große Raumwinkelbereiche. Alternativ oder zusätzlich kann eine Temperatur der Luftströmung angepasst werden, um den Anwender über den Erfolg seiner Eingabe zu informieren. Die Anpassung der Temperatur des Luftstroms erscheint insbesondere zur Anpassung einer Heiz-/Klimafunktion durch die Anwendereingabe als intuitiv verständliche Rückmeldung. Beispielsweise kann die Intensität eines Heizstrahlers, einer Sitzheizung, einer Lenkradheizung o.ä. durch die Temperaturveränderung der Luftströmung gemeldet werden.
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Die Anwendereingabe kann sich beispielsweise auf eine Interaktion des Anwenders mit einem auf einer Anzeigeeinheit dargestellten grafischen Bedienelement beziehen. Insbesondere ist das grafische Bedienelement als Schaltfläche und/oder Schieberegler ausgestaltet und Bestandteil einer grafischen Anwenderschnittstelle (englisch: GUI). Insbesondere ist das Bedienelement kein Bedienelement zur Anpassung einer Lüfterstufe einer Heiz-/Klimafunktion.
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Insbesondere erfolgt die Rückmeldung an den Anwender bereits während der Anwendereingabe, sodass ein jeweiliger Momentanwert durch eine jeweilige erfindungsgemäße Erzeugung/Variation des auf die Haut des Anwenders gerichteten Luftstromes quittiert wird.
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Der Luftstrom kann beispielsweise auf einen Nackenbereich des Anwenders ausgerichtet sein, wozu in einem Fortbewegungsmittel die Luftleitmittel beispielsweise in eine Nackenstütze und/oder in eine Rückenlehne des Fahrersitzes und/oder des Beifahrersitzes integriert sein können. Alternativ oder zusätzlich kann der Luftstrom auf einen Beinbereich beziehungsweise einen Fußbereich des Anwenders ausgerichtet sein. Hierzu können die Luftleitmittel in einem Fußraum eines Fortbewegungsmittels angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Luftstrom auf einen Handbereich beziehungsweise Unterarmbereich des Anwenders ausgerichtet sein, wozu die Luftleitmittel beispielsweise im Bereich eines Lenkrades und/oder einer Lenksäule eines Fortbewegungsmittels angeordnet sein können. Alternativ oder zusätzlich kann der Handbereich (insbesondere bei der Interaktion mit einer Anzeigeeinheit) einem vor der Anzeigeeinheit angeordneten Raumbereich zugeordnet sein, wodurch vor der Anzeigeeinheit ausgeführte Gesten in einem Erfassungsbereich zur Auflösung von 3D-Gesten durch einen erfindungsgemäßen Luftstrom quittiert werden können.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welche eine Anwenderschnittstelle aufweist, wie es in Verbindung mit dem zweitgenannten Erfindungsaspekt im Detail beschrieben worden ist. Insbesondere in einem Fortbewegungsmittel können Luftleitmittel beispielsweise auch in einer Bodenpartie und/oder in einem Fußraum angeordnet sein, um die Erzeugung beziehungsweise Variation des Luftstromes für den Fuß- und/oder Knöchelbereich des Anwenders haptisch erlebbar zu machen.
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Für ein erfindungsgemäßes Feedback kann bzw. können im Bereich der Handgesten ein oder zwei (gegebenenfalls auch mehr) Luftdüsen hinzugefügt werden. Über diese Düsen wird wahlweise kalte oder warme Luft zugeführt und (falls nötig) in Richtung der Hand des Anwenders durch eine steuerbare Auslassöffnung nachgeführt. Beispielsweise kann eine Wischgeste nach rechts durch warme Luft quittiert werden, während eine Wischgeste nach links durch kalte Luft quittiert wird. Auf diese Weise kann eine intuitiv erlebbare Rückmeldung auf eine Anwendergeste zur Klimasteuerung erfolgen. Für ein haptisches Feedback kann je nach Geste die Intensität des Luftstromes (Strömungsgeschwindigkeit) oder dessen zeitliches Verhalten (z. B. in Form eines Pulsierens) zur Bestätigung der Anwendereingabe verwendet werden. Zusätzlich lässt sich Ultraschall auf die entsprechende Position der Hand fokussieren, um dort eine mechanische Anregung zu erzeugen. Das thermische oder haptische Feedback kann auch in Richtung des Kopfes eines Anwenders erfolgen, da die Kopfpartie sehr empfindlich ist und so auch kleinere Variationen des Luftstromes beziehungsweise des Wärmeintrags zuverlässig vom Anwender wahrgenommen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine schematische Ansicht auf Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anwenderschnittstelle;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Cockpits eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels; und
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3 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen PKW 10 als Beispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels, innerhalb dessen eine Anwenderschnittstelle 1 zur Ausgabe einer Rückmeldung auf eine Anwendereingabe vorgesehen ist. Die Anwenderschnittstelle weist einen Bildschirm 3 als Anzeigeeinrichtung auf, unterhalb dessen Luftausströmer 2 als Luftleitmittel angeordnet sind. Zur Erfassung einer Anwendergeste ist eine Innenraumkamera 5 als Erfassungseinrichtung oberhalb eines Erfassungsbereiches zur 3D-Gestenerkennung angeordnet. Die vorgenannten Komponenten sind ebenso wie ein Lüfter 6 informationstechnisch mit einem elektronischen Steuergerät 4 als Auswerteeinheit verbunden. Der vom Lüfter 6 erzeugte Luftstrom wird über Rohrleitungen 7 an unterschiedliche Luftausströmer 2 verteilt, welche sich neben dem bereits erwähnten Luftausströmer 2 in einer Sitzfläche 13 sowie in einer Kopfstütze oberhalb einer Rückenlehne 14 eines Fahrersitzes 12 befinden. Auf diese Weise kann der Anwender 8 eine erfindungsgemäße Rückmeldung auf eine Interaktion mit einer auf dem Bildschirm 3 angezeigten Schaltfläche 15 sowohl über seine Hand 9 als auch über seine Beine und seinen Kopf/Nackenbereich erfahren.
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2 zeigt eine Detailansicht eines Cockpits eines PKWs 10 als erfindungsgemäß ausgestaltetes Fortbewegungsmittel. Unterhalb eines zentralen Informationsdisplays 3 als optische Anzeigeeinrichtung sind zwei Luftausströmer 2 angeordnet, welche einen jeweiligen auf die Hand 9 des Anwenders gerichteten Luftstrom 11 ausgeben, um diesen über seine Interaktion mit der Schaltfläche 15 zu informieren. Insbesondere kann die Rückmeldung an den Anwender ausgegeben werden, bevor der korrespondierende Funktionsauftrag erfolgt ist. Die erfindungsgemäße Rückmeldung durch Erzeugung/Variation des Luftstromes kann somit informationstechnisch unabhängig von einem Signal zur Veranlassung des mit der Anwendereingabe assoziierten Funktionsaufrufes erfolgen. Mit anderen Worten kann der Luftstrom als Rückmeldung auf die Anwendereingabe zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt veranlasst werden als der korrespondierende Aufruf der assoziierten Primärfunktion.
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3 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausgabe einer Rückmeldung auf eine Anwendereingabe eines Anwenders. In Schritt 100 wird eine Anwendereingabe erkannt, wozu beispielsweise kapazitive und/oder optische Sensoren verwendet werden können. In Schritt 200 wird eine Bewegung einer zur Anwendereingabe verwendeten Hand eines Anwenders erkannt. Hierbei wird anhand einer vom Anwender bedienten Schaltfläche in Form eines Schiebereglers eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür ermittelt, dass es sich bei der Anwendereingabe um eine Wischgeste handelt. Aufgrund einer aktuellen Geschwindigkeit des Schiebereglers wird eine zukünftige Position der Hand in Schritt 300 vorhergesagt und in Schritt 400 ein Luftstrom an der vorhergesagten, zukünftigen Position erzeugt. Auf diese Weise wird der Anwender mittels einer erfindungsgemäßen Sekundärfunktion (Quittierung) darüber informiert, dass die Anwendereingabe als Befehl zum Auslösen einer Primärfunktion interpretiert wurde.
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Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anwenderschnittstelle
- 2
- Luftausströmer
- 3
- Bildschirm
- 4
- elektronisches Steuergerät
- 5
- Innenraumkamera
- 6
- Lüfter
- 7
- Rohrleitung
- 8
- Anwender
- 9
- Hand des Anwenders
- 10
- PKW
- 11
- Luftstrom
- 12
- Fahrersitz
- 13
- Sitzfläche
- 14
- Rückenlehne
- 15
- Schaltfläche
- 100 bis 400
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007039450 A1 [0005]
- DE 102012208355 A1 [0006]
