DE102016223572A1

DE102016223572A1 - Wippschaltelement, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Schutz vor ungewollter Betätigung

Info

Publication number: DE102016223572A1
Application number: DE102016223572.9A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Bechtel
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2018-05-30
Also published as: CN108116230A; US10614978B2; US20180151316A1; CN108116230B

Abstract

Bei einem Wippschaltelement (12), das insbesondere als Bedienelement für elektrische Schiebedächer auf einem Overhead-Panel eines PKW konzipiert ist, mit einer Betätigungswippe (16), die als Schalter oder Taster mit wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Schaltstellungen ausgebildet und auf einem Bedienpanel (10) angeordnet ist, ist das Bedienpanel (10) zumindest in seinem an das Wippschaltelement (12) angrenzenden Panelrandbereich (18) im Wesentlichen plan ausgebildet, wobei die Betätigungswippe (16) vertieft angeordnet ist, so dass diese zumindest im unbetätigten Zustand nicht über den Panelrandbereich (18) hinausragt. Dabei ist der Übergang zwischen Panelrandbereich (18) und Betätigungswippe (16) sowie die Betätigungswippe hinsichtlich des Höhenverlaufs im Schnitt wie folgt ausgebildet: Ausgehend von dem umgebenden Panelniveau bildet der Panelrandbereich (18) über eine Breite beinen um eine Tiefe tzurückspringenden kelchartigen Rand, und der angrenzende, durch einen Spalt (20) der Breite s getrennte Rand (22) der Betätigungswippe (16), der im unbetätigten Zustand um etwas mehr als die Tiefe tversenkt ist, springt in Fortsetzung der kelchartigen Vertiefung über eine Breite bum eine Tiefe tkontinuierlich bis zum Erreichen einer Maximaltiefe tweiter zurück, wobei die Vertiefung insgesamt derart gestaltet ist, dass eine unbeabsichtigte Betätigung der Betätigungswippe (16) durch einen Gegenstand oder ein Körperteil, der oder das deutlich größer als ein menschlicher Finger ist, verhindert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wippschaltelement, insbesondere als Bedienelement in Kraftfahrzeuginnenräumen, mit einer Betätigungswippe, die als Schalter oder Taster mit wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Schaltstellungen ausgebildet und auf einem Bedienpanel angeordnet ist, wobei das Bedienpanel zumindest in seinem an das Wippschaltelement angrenzenden Panelrandbereich im Wesentlichen plan ausgebildet ist, und wobei die Betätigungswippe vertieft angeordnet ist, so dass diese zumindest im unbetätigten Zustand nicht über den Panelrandbereich hinausragt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei Personenkraftwagen hat es sich etabliert, Schiebedächer oder vergleichbare Einrichtungen elektrisch zu öffnen, zu schließen oder in eine Lüftungs-/Kippstellung zu bringen. Der erforderliche Einklemmschutz insbesondere beim Schließvorgang wird oft dadurch erreicht, dass die elektrische Betätigung zumindest für die Schließrichtung als Taster mit einer Art Totmannfunktion ausgebildet ist, bei der die Schließbewegung umgehend stoppt, wenn der Taster losgelassen wird. Um die Bedienelemente für den Benutzer logisch zu gestalten, hat es sich ferner etabliert, den entsprechenden Betätigungsschalter am sog. Überkopf- oder Overhead-Panel am Dachhimmel des PKW-Innenraums in einem Bereich vor dem Befestigungspunkt des Innenspiegels vorzusehen, wobei an diesem Panel in der Regel auch noch weitere Elemente, wie Lese- und Innenraumleuchten, sowie deren Bedienelemente vorgesehen sind.
Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass Kinder oder Kleinkinder (insbesondere auch aufgrund bestimmter Kindersitzkonstruktionen) beispielsweise mit ihren Knien entsprechende Taster an den Overhead-Panels unbeabsichtigt betätigen, was dann mit entsprechenden Verletzungsgefahren bei einem überraschenden Verfahren beispielsweise eines Schiebedaches verbunden ist. Deshalb besteht eine übliche Vorgabe bei der Entwicklung entsprechender Overhead-Panels mit Bedientastern für derartige sicherheitskritische Elemente darin, dass sich derartige Taster mit einem Prüfkörper, und zwar in der Regel mit einer Kugel mit einem Durchmesser von 40mm, die menschliche Körperteile wie ein Knie, einen Fuß oder einen Ellenbogen (auch von einem Kleinkind) simulieren soll, nicht wirksam betätigen lassen sollen.
Diese Designanforderung wurde bei Produkten der Anmelderin in der Vergangenheit in der Regel mittels zusätzlicher überstehender seitlicher Stege an derartigen Schaltern erfüllt. Diese Stege halten einen entsprechenden Prüfkörper und damit in der Praxis auch entsprechende Körperteile davon ab, das eigentliche Betätigungselement des Tasters zu berühren und damit einen Schaltvorgang auszulösen. Derartige Stege sind allerdings ästhetisch eher unbefriedigend. Außerdem kann ein Fahrzeugnutzer daran hängenbleiben oder sich hieran stoßen, insbesondere bei Crashszenarien. Außerdem wird dadurch die reguläre Bedienbarkeit des Schalters eher behindert, insbesondere bei dem Versuch einer „Blindbetätigung“.
Alternativ ist bei anderen Personenkraftwagen - druckschriftlicher Stand der Technik ist der Anmelderin hierzu nicht bekannt - das vorstehend skizzierte Problem dadurch behoben worden, dass ein entsprechender Schiebeschalter versenkt in einer entsprechenden Ausnehmung des Overhead-Panels angeordnet wurde, so dass ein Prüfkörper nicht weit genug in die Ausnehmung eingreifen kann, um das Betätigungselement zu berühren.
Diese Lösung weist ebenfalls einige Nachteile auf: Zum einen ist diese ästhetisch eher unbefriedigend und zum anderen nicht unbedingt für eine intuitive Bedienung bei schlechten Lichtverhältnissen oder ohne Abwenden des Blicks von der Straße geeignet, weil von einem Bediener zunächst die Vertiefung ertastet und dann das Bedienelement nach vorne oder hinten geschoben werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine haptisch, ästhetisch und crashtechnisch bessere Lösung für ein derartiges Wippschaltelement mit Fehlbedienschutz bereitzustellen.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels eines Wippschaltelements mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß weist ein Wippschaltelement eine Betätigungswippe auf, die als Schalter oder Taster mit wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Schaltstellungen ausgebildet und auf einem Bedienpanel angeordnet ist, wobei das Bedienpanel zumindest in seinem an das Wippschaltelement angrenzenden Panelrandbereich im Wesentlichen plan ausgebildet ist, und wobei die Betätigungswippe vertieft angeordnet ist, so dass diese zumindest im unbetätigten Zustand nicht über den Panelrandbereich hinausragt.
Dabei ist der Übergang zwischen Panelrandbereich und Betätigungswippe sowie die Betätigungswippe hinsichtlich des Höhenverlaufs im Schnitt wie folgt ausgebildet: Ausgehend von dem umgebenden Panelniveau bildet der Panelrandbereich über eine Breite b₁ einen um eine Tiefe t₁ zurückspringenden, kelchartigen Rand, und der angrenzende, durch einen Spalt der Breite s getrennte Rand der Betätigungswippe, der im unbetätigten Zustand um etwas mehr als die Tiefe t₁ versenkt ist, springt in (stetiger) Fortsetzung der kelchartigen Vertiefung über eine Breite b₂ um eine Tiefe t₂ kontinuierlich bis zum Erreichen einer Maximaltiefe t_max weiter zurück, wobei die Vertiefung insgesamt derart gestaltet ist, dass eine unbeabsichtigte Betätigung der Betätigungswippe durch einen Gegenstand oder ein Körperteil, der oder das deutlich größer als ein menschlicher Finger ist, verhindert wird.
Die Betätigungswippe ist hier also versenkt angeordnet, um eine unbeabsichtigte Betätigung zu verhindern, wobei dies zum einen dadurch erreicht wird, dass die Betätigungswippe durch einen kelchartigen Rand eingefasst wird und in etwa um eine Tiefe t₁ versenkt wird. Die Versenkung setzt sich zum anderen auch bei der Betätigungswippe selbst fort, so dass diese eine im Wesentlichen konkave Gestalt erhält.
Damit kann der vorgesehene Testkörper, wenn er an die Ränder der Ausnehmung anstößt, die im Wesentlichen konkav ausgebildete Betätigungswippe auch mittig nicht erreichen bzw. berühren. „Im Wesentlichen konkav“ soll in diesem Zusammenhang übrigens zum Ausdruck bringen, dass es z.B. mittig auf der Betätigungswippe grundsätzlich auch Bereiche geben könnte, die gegenüber den Randbereichen wieder eine geringere Tiefe aufweisen, sofern damit die Anforderungen an den Schutz vor unbeabsichtigter Betätigung noch erfüllt werden.
Die vorgenannten Größen b₁,₂und t_1,2 sowie das Spaltmaß s können entlang des Umfangs der Betätigungswippe konstant sein, müssen dies jedoch ausdrücklich nicht sein. Vielmehr können diese Größen auch entlang des Umfangs variieren, sofern der Schutz vor unbeabsichtigtem Berühren gemäß den Prüfanforderungen jeweils gewährleistet bleibt. Eine derartige Variation der Größen ist beispielsweise dann zweckmäßig, falls eine gegenüber einem Overhead-Panel leicht winklige Anordnung der Betätigungswippe gewünscht ist (damit kann dann ausgeglichen werden, wenn das Overhead-Panel selbst in diesem Bereich nicht ganz horizontal ausgerichtet ist. Ferner kann bei der Bestimmung der jeweils notwendigen Vertiefungsdimension berücksichtigt werden, dass z.B. (genau) in der Mitte einer Tastwippe rein mechanisch keine wirksame Betätigung derselben erfolgen kann, weshalb dort ggf. ein Testkörper nicht so stark abgehalten werden müsste wie an den beiden Enden der Betätigungswippe.
Wenn im Zusammenhang mit dieser Erfindung von einem Wippschaltelement für ein Schiebedach die Rede ist, so bedeutet dies im Übrigen nicht, dass die Anwendung der vorliegenden Erfindung hierauf beschränkt sein müsste. Die Erfindung eignet sich beispielsweise auch für die Betätigungstaster für elektrische Fensterheber oder für eine Vielzahl weiterer Schalter und Taster, auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik. Grundsätzlich kann anstelle einer Wippe auch ein reiner Taster vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Verlauf der Vertiefung - zur Vermeidung von harten Kanten - mit Winkeln gegenüber der Panelebene von nicht mehr als 60°, vorzugsweise nicht mehr als 45° ausgebildet. Damit wird eine praktisch kantenlose, ästhetisch ansprechende und leicht bedienbare Schalteranordnung realisiert und das Verletzungsrisiko, insbesondere im Crashfalle, minimiert.
Bevorzugt wird die Breite b₂ wenigstens doppelt so groß wie die Breite b₁ und die Tiefe t₂ wenigstens doppelt so groß ist wie die Tiefe t₂ gewählt. Besonders bevorzugt sind die Größen b₂ und t₂ sogar zwei- bis fünfmal so groß wie b₁ bzw. t₁. Damit wird die Vertiefung zu einem Großteil durch die Betätigungswippe bereitgestellt, was deren Bedienbarkeit verbessert, da somit auch bei Berührung der Flanken der Betätigungswippe schon ein Schaltvorgang ausgelöst werden kann.
Die Spaltbreite s zwischen Panelrandbereich und Rand der Betätigungswippe beträft bevorzugt weniger als 1 mm, bevorzugt in etwa 0,5 mm. Durch ein derartiges geringes Spaltmaß wird ein wertiger Eindruck vermittelt und ein Eindringen bzw. die Sichtbarkeit von Schmutz in die bzw. in den Räumen hinter den Spalten vermieden.
Die Vertiefung ist bevorzugt - wie erwähnt - insgesamt derart geometrisch ausgestaltet, dass ein Testkörper (Kugel mit einem Durchmesser von 40 mm), die repräsentativ für ein Knie oder einen Ellenbogen eines Kindes sein soll, die Betätigungswippe nicht berühren kann.
Bevorzugt ist die Betätigungswippe als Wipptaster mit drei Schaltstellungen, nämlich zwei Tastpositionen und einer mittigen Ruhestellung, ausgebildet und das Wippschaltelement wird als Betätigungselement für ein Schiebedach in einer Overhead-Konsole im Innenraum eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht (im 3D-Modell) einer Overhead-Konsole mit einem erfindungsgemäßen Wippschaltelement;
2 die Overhead-Konsole von 1 mit angewandten Testkörper;
3 eine Detaildarstellung des Wippschaltelements von 1;
4 eine schematische Teil-Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Wippschaltelement mit Erläuterung der Maßgrößen; und
5 die Schnittdarstellung von 4 in Gesamtansicht.

In 1 ist ein 3D-Modell einer insgesamt mit 10 bezeichneten Overhead-Konsole bzw. eines Overhead-Panels für ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Wippschaltelement 12 dargestellt. Dieses Wippschaltelement 12 mit einer Betätigungswippe 16 dient zum Öffnen/Schließen (bzw. Einnehmen einer Lüftungs-/Kippstellung) eines elektrischen Schiebedachs. Darüber hinaus sind noch weitere Elemente auf der Overhead-Konsole vorgesehen, wie Leseleuchten und deren Bedienelemente, die jedoch vorliegend nicht weiter von Interesse sind.
Die Overhead-Konsole 10 wird in einem Fahrzeug am Dachhimmel im Wesentlichen horizontal angeordnet, weist jedoch verschieden geformte und in unterschiedlichen, leicht gegenüber der horizontale abweichenden Winkeln angeordnete Bereiche auf. Die unmittelbare Umgebung bzw. der Rand um das Wippschaltelement 12 ist dabei im Wesentlichen plan ausgebildet. „Im Wesentlichen“ soll in diesem Zusammenhang zum Ausdruck bringen, dass eine leichte Krümmung des Panels über die Ausdehnung des Wippschaltelements 12 möglich ist. Gegenüber dem in 1 dargestellten 3D-Modell sind auf den einzelnen Elementen in der Praxis zusätzlich noch Beschriftungen oder Symbole vorhanden, beispielsweise bei dem Wippschaltelement Beschriftungen wie „Öffnen/Schließen“ oder „Open/Close“.
Das Wippschaltelement 12 ist vertieft angeordnet, wie nachfolgend noch näher erörtert werden wird. Die Anordnung ist insbesondere so gestaltet, dass ein in 2 mit 14 bezeichneter Testkörper, und zwar eine massive Kugel mit 40 mm Durchmesser, in keiner Orientierung soweit in die Vertiefung eindringen kann, dass das Wippschaltelement 12 betätigt werden kann, wodurch eine versehentliche Betätigung, beispielsweise durch ein Knie eines Kleinkindes, simuliert wird.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Wippschaltelements 12 aus 1. Das Wippschaltelement 12 weist zentral eine Betätigungswippe 16 mit zwei an der Längsseite gegenüber liegenden Betätigungsbereichen 28a,b auf, deren mechanische Betätigung (z.B. durch den Finger eines Benutzers) ein Öffnen oder Schließen eines elektrischen Schiebedachs bewirken kann, wie durch den Doppel-Blockpfeil in 3 auf der Betätigungswippe 16 angedeutet.
Intern wird dies durch hinter der Wippe befindliche elektrische Schaltelemente mit möglichst kurzem Hub (z.B. Folientaster od. dgl.) realisiert, wobei die Betätigungswippe 16 mittig schwenkbar gelagert ist. Auch wenn im Rahmen der vorliegenden Offenbarung mechanische Schalter aus Sicherheitsgründen bevorzugt werden, können selbstverständlich auch berührungslose Schalterelemente (z.B. kapazitive Näherungssensoren) verwendet werden, um die Betätigung in ein elektrisches Signal zu konvertieren.
Weiterhin unter Bezugnahme auf 3 ist aus dieser Vergrößerung ersichtlich, dass die Vertiefung insgesamt von zwei Komponenten gebildet wird: Einmal dem starren Panelrandbereich 18, der leicht kelchartig geformt ist und zum anderen dem ebenfalls abgeschrägten Randbereich 22 der Betätigungswippe. Der Panelrandbereich 18 und der Randbereich 22 der Betätigungswippe sind durch einen Spalt 20 mit einem angestrebten Spaltmaß von ca. 0,5 mm voneinander getrennt.
Die spezielle Geometrie dieser Vertiefung wird nachfolgend anhand der schematischen (nicht notwendigerweise maßstäblichen) Schnittdarstellung gemäß den 4 (Detaildarstellung) und 5 (Gesamtdarstellung) näher erläutert. Die Darstellungen zeigen einen Schnitt durch ein Wippschaltelement 12 in Querrichtung, d.h. entlang einer Ebene quer zu dem Blockpfeil von 3. Wie aus 5 ersichtlich, kann ein mit 14 angedeuteter Testkörper die Betätigungswippe 16 gerade nicht berühren, wohingegen dies mit einem schematisch angedeuteten Finger 24 auch am Rand der Betätigungswippe 16 möglich ist. Hierdurch wird eine sehr glatte, optisch ansprechende Gestaltung bei guter Bedienbarkeit ohne hindernde Rippen od. dgl. geschaffen.
Mit 26 ist in 5 zum Vergleich ein (hypothetisches) planares Schalterelement nach dem Stand der Technik eingezeichnet. Tatsächlich sind die Betätigungswippe 16 und das planare Schalterelement 26 aber nicht gleichzeitig vorhanden. Wie ersichtlich, würden bei dem planaren Schalterelement 26 relativ deutliche Einschnitte entstehen, was die Bedienbarkeit insbesondere bei Bedienung ohne visuelle Kontrolle erschweren würde.
In 4 sind die einzelnen Maßgrößen am Beispiel des linken Randes von 5 dargestellt. Entsprechendes -jedoch nicht notwendigerweise mit quantitativ identischen Größen - gilt für die übrigen Seiten. Von links nach rechts geht das Overhead-Panel in einem Randbereich 18 über einen Abschnitt b₁ in eine Krümmung über und springt dabei um eine Tiefe t₁ zurück. Daran anschließend (weiter rechts in 4) befindet sich die Betätigungswippe 16, die von dem Randbereich 18 durch einen Spalt 20 getrennt ist, so dass sich die Betätigungswippe entsprechend dem vorgegebenen Schalterhub bewegen kann. Angrenzend an den Spalt weist die Betätigungswippe vertikale Schenkel 30 auf.
Die Betätigungswippe springt weiter gegenüber der Panelebene zurück, und zwar über einen Abschnitt b₂ und um eine weitere Tiefe t₂. Damit die Betätigungswippe 16 ohne fühlbare Stufe an den Randbereich 18 trotz des Spalts 20 anschließt, setzt die Betätigungswippe 16 nicht genau bei der Tiefe t₁ an, sondern um spaltbedingt um einen kleinen Abstand t_s tiefer. Daher ergibt sich für die Gesamttiefe t_max= t₁+t_s+t₂; diese wird über die Breite b₁+s+b₂ erreicht. Die Vertiefung wird - wie aus den 4 und 5 ersichtlich - in Kurvenform und insgesamt ohne abrupte Winkeländerungen implementiert. So beträgt der maximale Winkel gegenüber der Horizontalen ca. 45°. Insgesamt ergibt sich eine Kurve (unterbrochen durch den Spalt 20), die angesichts des Übergangs in die Horizontale an beiden Enden und einem Winkel von 45° in etwa in der Mitte am ehesten durch eine Tangens-Funktion approximiert werden könnte. Dabei wird die Vertiefung letztlich überwiegend durch die Betätigungswippe 16 gebildet, d.h. b₂und t₂ sind größer als b₁ und t₁.

Claims

Wippschaltelement (12), insbesondere als Bedienelement in Kraftfahrzeuginnenräumen, mit einer Betätigungswippe (16), die als Schalter oder Taster mit wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Schaltstellungen ausgebildet und auf einem Bedienpanel (10) angeordnet ist, wobei das Bedienpanel (10) zumindest in seinem an das Wippschaltelement (12) angrenzenden Panelrandbereich (18) im Wesentlichen plan ausgebildet ist, und wobei die Betätigungswippe (16) vertieft angeordnet ist, so dass diese zumindest im unbetätigten Zustand nicht über den Panelrandbereich (18) hinausragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Panelrandbereich (18) und Betätigungswippe (16) sowie die Betätigungswippe hinsichtlich des Höhenverlaufs im Schnitt wie folgt ausgebildet ist: Ausgehend von dem umgebenden Panelniveau bildet der Panelrandbereich (18) über eine Breite b₁ einen um eine Tiefe t₁ zurückspringenden kelchartigen Rand, und der angrenzende, durch einen Spalt (20) der Breite s getrennte Rand (22) der Betätigungswippe (16), der im unbetätigten Zustand um etwas mehr als die Tiefe t₁ versenkt ist, springt in Fortsetzung der kelchartigen Vertiefung über eine Breite b₂ um eine Tiefe t₂ kontinuierlich bis zum Erreichen einer Maximaltiefe t_max weiter zurück, wobei die Vertiefung insgesamt derart gestaltet ist, dass eine unbeabsichtigte Betätigung der Betätigungswippe (16) durch einen Gegenstand oder ein Körperteil, der oder das deutlich größer als ein menschlicher Finger ist, verhindert wird.
Wippschaltelement (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Vertiefung mit Winkeln gegenüber der Panelebene von nicht mehr als 60°, vorzugsweise nicht mehr als 45° ausgebildet ist.
Wippschaltelement (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite b₂ wenigstens doppelt so groß ist wie die Breite b₁ und die Tiefe t₂ wenigstens doppelt so groß ist wie die Tiefe t₂.
Wippschaltelement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite s zwischen Panelrandbereich (18) und dem Rand (22) der Betätigungswippe (16) weniger als 1 mm, bevorzugt in etwa 0,5 mm beträgt.
Wippschaltelement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung derart geometrisch gestaltet ist, dass eine Testkugel (14) mit einem Durchmesser von 40 mm, die repräsentativ für ein Knie oder einen Ellenbogen eines Kindes sein soll, die Betätigungswippe (16) nicht berühren kann.
Wippschaltelement (12) einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungswippe (16) als Wipptaster mit drei Schaltstellungen, nämlich zwei Tastpositionen und einer mittigen Ruhestellung, ausgebildet ist.
Wippschaltelement (12) einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Betätigungselement für ein Schiebedach in einer Overhead-Konsole (10) im Innenraum eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird.