DE102018115220A1

DE102018115220A1 - Betätigungsmodul für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018115220A1
Application number: DE102018115220.5A
Authority: DE
Inventors: Florian Wilm; Frederik Püschel
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2020-01-02
Also published as: CN110633010A; CN110633010B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betätigungsmodul (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Bedieneinheit (2), welche eine Eingabeschicht (7) und eine vorzugsweise als Touchpad oder Touchscreen berührempfindliche Eingabevorrichtung (8) umfasst, ein Trägerelement (9) zur Anordnung der berührempfindlichen Eingabevorrichtung (8), und ein Gehäuse (5) zur beweglichen Anordnung des Trägerelements (9), wobei das Trägerelement (9) abstützend an der Eingabeschicht (7) angeordnet ist und zumindest die berührempfindliche Eingabevorrichtung (8) von dem Trägerelement (9) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig umschlossen ist, wobei das Trägerelement (9) und das Gehäuse (9) mit mindestens einem Rückstellelement (17, 18) miteinander verbunden sind, und das Betätigungsmodul (1) eine Sensoreinheit aufweist, welche eine zwischen dem Trägerelement (9) und dem Gehäuse (5) wirkende Kraft und/oder eine Annäherung zwischen dem Trägerelement (9) und dem Gehäuse (5) detektiert.

Description

Die Erfindung betrifft Betätigungsmodul für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Bedieneinheit, welche eine Eingabeschicht und eine vorzugsweise als Touchpad oder Touchscreen ausgebildete berührempfindliche Eingabevorrichtung, ein Trägerelement zur Anordnung der berührempfindlichen Eingabevorrichtung, und ein Gehäuse zur beweglichen Anordnung des Trägerelements und der Bedieneinheit umfasst.
Aus dem Stand der Technik ist ein Betätigungsmodul für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches eine Bedieneinheit aufweist, die in einem in einer Mittelkonsole oder an einem Lenkrad vorgesehenen Gehäuse angeordnet ist. Die Bedieneinheit weist eine berührempfindliche Eingabevorrichtung und eine Eingabeschicht auf. Bei einer Betätigung der Eingabeschicht wird eine haptische Rückmeldung durch das Betätigungsmodul erzeugt, nachdem ein Benutzer beispielsweise mittels seines Fingers eine Kraft auf die Eingabeschicht ausübt. Die berührempfindliche Eingabevorrichtung kann als Touchscreen oder Touchpad ausgebildet sein. So kann die Bedieneinheit einen mehrschichtigen Aufbau umfassen, nämlich ein als Eingabeschicht ausgebildetes Displayglas, eine Klebeschicht, einen Touchscreen oder Touchpad, einen Rahmen zur Anordnung des Touchscreens oder Touchpads und ein Trägerelement. Die Kraftmessung erfolgt direkt am Trägerelement, beispielsweise durch induktive, optische oder kapazitive Sensoren. Der mehrschichtige Aufbau der Bedieneinheit kann für die Kraftmessung wie eine Serienschaltung von einzelnen Federelementen betrachtet werden. Dabei wirkt die durch den Benutzer erzeugte Kraft bei der Serienschaltung von Federelementen durch sämtliche Federelemente in diesem Verbund mit dem gleichen Betrag. Jedes Federelement wird also entsprechend gedehnt, so dass im Ergebnis die Gesamtdehnung bei der Serienschaltung von Federelementen größer ist, als von jedem einzelnen Federelement, bzw. einer Parallelschaltung derselben Federelemente. In Summe erhält man folglich im Zusammenschluss ein weicheres Gesamtfederelement. Da sich die Federsteifigkeit in der Reihenschaltung von Federelementen generell verringert, wird die Längendehnung bei der ausgeübten Kraft größer. Die die haptische Rückmeldung soll ausgelöst werden, wenn der Benutzer eine Kraft auf die Eingabeschicht ausübt. Die haptische Rückmeldung erfolgt erst nach dem Erreichen eines Kraftgrenzwertes, insbesondere einer Kraftschwelle. Daher ist eine genaue, insbesondere ortsaufgelöste Messung der entsprechenden Kraft erforderlich. Die Anforderung an die Kraftmessung ist, dass eine Kraftschwelle von 1N - 5N realisiert werden sollte und dies bei einem maximalen Stellweg von 0,2mm - 0,8mm. Durch den bekannten mehrschichtigen Aufbau der Bedieneinheit können diese Vorgaben nicht erreicht werden.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Betätigungsmodul bereitzustellen, welches bei einem kompakten Aufbau zuverlässig die Bedienung durch einen Benutzer erfasst, um eine haptische Rückmeldung für den Benutzer zu erzeugen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Patentanspruch 1, insbesondere durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Dabei ist vorgesehen, dass das Trägerelement abstützend an der Eingabeschicht angeordnet ist und zumindest die berührempfindliche Eingabevorrichtung von dem Trägerelement zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig umschlossen ist, wobei das Trägerelement und das Gehäuse mit mindestens einem Rückstellelement miteinander verbunden sind, und das Betätigungsmodul eine Sensoreinheit aufweist, welche eine zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse wirkende Kraft und/oder eine Annäherung zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse detektiert.
Erfindungsgemäß umfasst die Bedieneinheit eine berührempfindliche Eingabevorrichtung. Der Begriff „berührempfindliche Eingabevorrichtung“ ist weit auszulegen. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um ein Bauteil, welchem eine dem Bediener zugewandte Eingabeschicht zugeordnet ist, auf der eine Berührung durch ein Eingabeorgan oder einen Finger eines Bedieners durch eine Sensorik detektiert wird, bevorzugt ortsauflösend detektiert wird. Bevorzugt umfasst die berührempfindliche Eingabevorrichtung ein Touchpad, d.h. eine anzeigelose Eingabevorrichtung mit ortsauflösender Detektion einer Berührung auf einer zur Eingabevorrichtung zugehörigen Eingabeschicht oder ein Touchscreen, d.h. eine Eingabevorrichtung mit ortsauflösender Detektion einer Berührung auf einer zur Eingabevorrichtung zugehörigen Eingabeschicht, wobei im letzteren Fall der Eingabeschicht ferner eine elektronische Anzeige, insbesondere eine elektronische Pixelmatrixanzeige zugeordnet ist.
Wenn ein Benutzer beispielsweise mit seinem Finger eine Kraft auf die Eingabeschicht des erfindungsgemäßen Betätigungsmoduls ausübt, kann diese zuverlässig erfasst werden, weil bei der Betätigung das gesamte Trägerelement in Bewegung versetzt wird. Eine direkte Kraftausübung und Kraftübertragung auf die berührempfindliche Eingabevorrichtung, insbesondere auf das Touchpad oder das Touchscreen wird in vorteilhafterweise ausgeschlossen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung, wird eine direkte Krafteinleitung von der Eingabeschicht in das Trägerelement realisiert, um das Trägerelement in Bewegung zu versetzen. Somit wird in vorteilhafterweise sichergestellt, dass auch bei einem geringen Stellweg der Bedieneinheit, insbesondere des Trägerelements von beispielsweise 0,2mm bis 0,8mm und bei einer auf die Eingabeschicht sehr geringen ausgeübten Kraft von 1N bis 5N ein Schaltsignal ausgelöst werden kann, welches zum Beispiel eine haptische Rückmeldung, beispielsweise eine Vibration der berührempfindlichen Eingabevorrichtung und/oder der Eingabeschicht verursacht. Eine ortsauflösende Detektion einer Berührung, welche eine Toleranz von beispielsweise 5%-10% aufweist, kann folglich mit dem erfindungsgemäßen Betätigungsmodul bereitgestellt werden. Das mindestens eine Rückstellelement dient zur Bewegung des Trägerelements zurück in eine Ruhestellung, nachdem der Benutzer die Bedieneinheit betätigt hat.
Folglich ist der Kerngedanke der erfindungsgemäßen Lösung, dass die Kraft, welche von dem Benutzer auf die Eingabeschicht ausgeübt wird, auf direktem Weg über das Trägerelement zur Sensoreinheit geleitet wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung des Betätigungsmodels kann deshalb vorgesehen sein, dass eine bei einer Betätigung durch einen Benutzer auf die Eingabeschicht ausgeübte Kraft von der Eingabeschicht unter Ausschluss der berührempfindliche Eingabevorrichtung direkt in das Trägerelement einleitbar ist, wobei die Sensoreinheit die zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse wirkende Kraft und/oder die Annäherung zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse detektiert. Im Sinne der Erfindung bedeutet die bei der Betätigung erzeugte Kraftübertragung von der Eingabeeinheit in das Trägerelement unter Ausschluss der berührempfindliche Eingabevorrichtung, dass entweder überhaupt keine Kraft in die berührempfindliche Eingabevorrichtung eingeleitet wird, oder dass die bei der Betätigung in die berührempfindliche Eingabevorrichtung eingeleitete Kraft so gering ist, dass diese wenig Einfluss auf die Sensoreinheit hat. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Verbindung zwischen Eingabeschicht und Trägerelement unter senkrechter Druckeinwirkung härter ist als die Verbindung zwischen Eingabeschicht und der berührempfindlichen Eingabevorrichtung. Veranschaulicht kann in diesem Fall die Gesamthärte des Systems aus Eingabeschicht, Träger und berührempfindlicher Eingabevorrichtung als Parallelschaltung von Federelementen verstanden werden, welches idealerweise durch die Härte der Verbindung zwischen Eingabeschicht und Trägerelement dominiert wird.
Die Sensoreinheit kann sehr platzsparend und kompakt in dem Betätigungsmodul angeordnet werden, wenn die Sensoreinheit mindestens einen ersten Sensorabschnitt und einen zweiten Sensorabschnitt aufweist, wobei der erste Sensorabschnitt an dem Trägerelement, insbesondere an einer Rückwand des Trägerelements angeordnet ist und der zweite Sensorabschnitt an dem Gehäuse angeordnet ist. Daher können in vorteilhafterweise Sensoreinheiten verwendet werden, die eine Bewegung des Trägerelements relativ zum Gehäuse detektieren können.
Das Betätigungsmodul weist einen einfachen und kompakten konstruktiven Aufbau auf, wenn das Trägerelement, insbesondere die Rückwand als erster Sensorabschnitt ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme gelingt es, die Anzahl der Bauteile zu reduzieren, weil auf einen zusätzlichen Sensorabschnitt für das Trägerelement verzichtet werden kann. Das Trägerelement weist daher zwei Funktionen auf. Zum einen dient das Trägerelement zumindest zur Anordnung und Unterbringung der berührempfindlichen Eingabevorrichtung. Zum anderen dient das Trägerelement, insbesondere deren Rückwand als ein Teil der Sensoreinheit. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, wenn das Trägerelement aus Metall, vorzugsweise aus Metalldruckguss umfassend Mg oder Zn ausgebildet ist. Insbesondere bei elektromechanischen Sensoren, welche nachfolgend noch weiter näher beschrieben werden, kann eine kostengünstige Konstruktion der Sensoreinheit bereitgestellt werden. Des Weiteren sorgt das vorzugsweise aus einem Metalldruckguss ausgebildete Trägerelement dafür, dass eine zuverlässige EMV-Abschirmung und ESD-Abschirmung der Bedieneinheit sichergestellt werden kann. Ferner schützt das Trägerelement die berührempfindliche Eingabevorrichtung vor Schmutz und/oder Feuchtigkeit, welche vorzugsweise vollständig von dem Trägerelement umschlossen ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des Betätigungsmoduls kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Bedieneinheit, insbesondere mit der Eingabeschicht verbunden ist. Dabei kann es sich anbieten, das Trägerelement mit der Eingabeschicht beispielsweise zu verkleben, zu verklipsen, zu verrasten oder zu verschrauben oder miteinander zu verstecken. Es sollte jedoch stets gewährleistet sein, dass sich das Trägerelement gegenüber der Eingabeschicht abstützt, um bei der Betätigung der Bedieneinheit die auf die Eingabeschicht ausgebübte Kraft unter Ausschluss der berührempfindliche Eingabevorrichtung direkt in das Trägerelement einzuleiten. Das erfindungsgemäße Betätigungsmodul weist einen kompakten konstruktiven Aufbau auf, weil das Trägerelement einfach, sicher und dichtend mit der vorzugsweise aus Glas ausgebildeten Eingabeschicht der Bedieneinheit stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird.
Ferner kann das Trägerelement, insbesondere die Rückwand des Trägerelements zur Anordnung mindesten eines Rückstellelements dienen, welches vorzugsweise als Federelement ausgebildet ist. Das mindestens eine Rückstellelement dient zur Bewegung des Trägerelements zurück in eine Ruhestellung, nachdem der Benutzer die Bedieneinheit betätigt hat. Sehr einfach und kostengünstig kann daher die Konstruktion des Betätigungsmoduls ausgebildet sein, wenn das mindestens eine Rückstellelement als Federelement ausgebildet ist.
Die Eingabeschicht kann beispielsweise mittels eines Klebstoffs mit der berührempfindlichen Eingabevorrichtung verbunden sein. Ist die berührempfindliche Eingabevorrichtung als sogenanntes Touchdisplay ausgebildet kann dieses insbesondere mit einem optisch klaren Klebstoff (sog. „optical bonding“) mit der Eingabeschicht verbunden sein. Dabei ist darauf zu achten, dass die Klebeverbindung zwischen Eingabeschicht und berührempfindlicher Eingabevorrichtung weicher ist als die Verbindung zwischen Eingabeschicht und Trägerrahmen. Beispielsweise ist die Shore Härte 00 (in Anlehnung an DIN ISO53505, nach 72h Raumtemperatur) der Klebeverbindung zwischen Eingabeschicht und berührempfindlicher Eingabevorrichtung kleiner als 90, bevorzugter kleiner als 70 und noch bevorzugter kleiner als 50. Beispielsweise besteht der Klebstoff der Klebeverbindung auf der Basis von Acrylaten und härtet unter Einwirkung von Licht und/oder Feuchtigkeit und/oder Wärme aus.
Sehr sicher kann die berührempfindliche Eingabevorrichtung in dem Betätigungsmodul angeordnet werden, wenn die berührempfindliche Eingabevorrichtung in einem Rahmenelement gelagert ist, welches mit dem Trägerelement und/oder der Bedieneinheit verbunden ist. Dabei ist vorzugsweise das Rahmenelement aus Kunststoff ausgebildet, so dass das Rahmenelement als Kunststoffrahmen zur Aufnahme der berührempfindliche Eingabevorrichtung dienen kann.
Um die in dem Trägerelement angeordnete berührempfindliche Eingabevorrichtung vor Staub und Schmutz zu schützen, kann vorgesehen sein, dass die berührempfindliche Eingabevorrichtung von einem Schutzelement umgeben ist, welches mit dem Trägerelement und/oder dem Rahmenelement verbunden ist. Eine weitere Funktion des vorzugsweise aus Aluminium ausgebildeten Schutzelements ist, dass das Schutzelement Licht nach außen hin abschottet. Die berührempfindliche Eingabevorrichtung ist vorzugsweise beabstandet zu dem Schutzelement angeordnet.
Eine sichere und feste Verbindung des Trägerelements mit der Bedieneinheit kann sichergestellt werden, wenn das Trägerelement und die Bedieneinheit, insbesondere die Eingabeschicht mittels mindestens eines ersten Klebeelements miteinander verbunden sind.
Ebenfalls kann eine sichere und feste Verbindung zwischen dem Rahmenelement und der berührempfindliche Eingabevorrichtung bereitgestellt werden, wenn das Rahmenelement mittels mindestens eines zweiten Klebeelements mit der berührempfindliche Eingabevorrichtung verbunden ist.
Die Herstellung der Bedieneinheit kann enorm vereinfacht werden, wenn das erste Klebeelement und/oder das zweite Klebeelement als Klebeband, vorzugsweise als doppelseitiges Klebeband oder als Flüssigklebstoff ausgebildet ist, welcher nach einer vorbestimmten Zeit aushärtet. Insbesondere durch das doppelseitige Klebeband können die Herstellungskosten weiter gesenkt werden, weil dieses einfach von einem Werker montiert werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Betätigungsmoduls, insbesondere der Bedieneinheit kann vorgesehen sein, dass zwischen der Bedieneinheit, insbesondere der Eingabeschicht und dem Klebeelement eine Schwarzdruckschicht angeordnet ist. Durch die Schwarzdruckschicht kann auf der Eingabeschicht der Bedieneinheit ein umlaufender Zierrahmen erzeugt werden. Ebenfalls ist die Verwendung der Schwarzdruckschicht sehr vorteilhaft, weil die Verbindung zwischen dem Trägerelement und der Bedieneinheit seine zuverlässige klebende Wirkung beibehält. Die Schwarzdruckschicht ist derart dünn auf der Eingabeschicht aufgetragen bzw. ausgebildet, dass sie keinen Einfluss auf die Kraftübertragung von der Eingabeschicht zum Trägerelement hat, so das auch bei Verwendung einer zwischen der Eingabeschicht und dem Trägerelement angeordneten Schwarzdruckschicht bei einer Betätigung die Kraft direkt von der Eingabeschicht in das Trägerelement eingeleitet wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Betätigungsmoduls kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit als kapazitiver Sensor ausgebildet ist wobei der erste Sensorabschnitt und der zweite Sensorabschnitt jeweils aus Metall ausgebildet sind. Der kapazitive Sensor kann beispielsweise als Plattenkondensator ausgebildet sein. Dabei kann die aus Metall ausgebildete Rückwand des Trägerelements eine erste Platte bilden und der beispielsweise aus einer Metallfolie ausgebildete zweite Sensorabschnitt, welcher vorzugsweise an dem Gehäuse angeordnet ist, die zweite Platte bilden. Nähert sich beispielsweise die aus Metall ausgebildete Rückwand des Trägerelements bei der Betätigung der Bedieneinheit durch einen Benutzer der Metallfolie, so wird die Kapazitätsänderung des Plattenkondensators durch eine Messung der Spannungsänderung erfasst. Alternativ oder zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Betätigungsmodul vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit als induktiver Sensor ausgebildet ist, wobei der erste Sensorabschnitt oder der zweite Sensorabschnitt eine Spule umfasst und der erste Sensorabschnitt oder der zweite Sensorabschnitt aus Metall ausgebildet ist, wobei bei der Annäherung des ersten Sensorabschnitts an den zweiten Sensorabschnitt eine Spannung induziert wird. Beispielsweise wird dabei in der Rückwand des Trägerelements ein Wirbelstrom induziert und mithilfe der Sensoreinheit die induktive Kopplung gemessen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass an dem Trägerelement, vorzugsweise an der Rückwand des Trägerelements mindestens eine, insbesondere zylinderförmige Kammer angeordnet ist, in welcher eine induktive Kopplung erzeugt und/oder gemessen wird. Es könnte beispielsweise vorgesehen sein, dass die Spule an dem Gehäuse angeordnet ist. Wenn bei einer Betätigung der Bedieneinheit durch den Benutzer eine Kraft auf die Eingabeschicht ausgeübt wird, bewegt sich die aus Metall ausgebildete Rückwand der Spule, wodurch sich der Abstand zwischen der Spule und der Rückwand verändert. Dadurch ändert sich die induktive Kopplung und man kann auf die Kraft, welche bei der Betätigung der Bedieneinheit durch den Benutzer ausgeübt wird, rückschließen.
Alternativ oder zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Betätigungsmodul vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit als Lichtsensor ausgebildet ist, wobei der erste Sensorabschnitt oder der zweite Sensorabschnitt mindestens eine einen Lichtstrahl erzeugende Lichtquelle umfasst, wobei der Lichtstrahl von dem Trägerelement, insbesondere dem ersten Sensorabschnitt oder dem Gehäuse, insbesondere dem zweiten Sensorabschnitt reflektiert wird. Bei dieser optischen Sensoreinheit kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Lichtquelle an dem Gehäuse den Lichtstrahl, insbesondere einen Laserstrahl aussendet und dieser von der Rückwand des Trägerelements reflektiert wird. Dabei kann die Intensität und/oder die Laufzeit des Lichtstrahls gemessen werden. Nähert sich das Trägerelement, insbesondere die Rückwand des Trägerelements bei einer Betätigung der Bedieneinheit durch den Benutzer der Lichtquelle, so wird die Intensität und/oder die Laufzeit des Lichtstrahls verändert und so kann auf die Kraft, welche bei der Betätigung der Bedieneinheit durch den Benutzer ausgeübt wird, rückgeschlossen werden. Denkbar ist es natürlich auch, dass die Lichtquelle an dem Trägerelement, insbesondere an der Rückwand des Trägerelements angeordnet ist.
Die auf die Eingabeschicht ausgeübte Kraft kann zuverlässig in das Trägerelement eingeleitet werden, wenn die Eingabeschicht aus Glas, insbesondere aus einem chemisch vorgespannten Glas aus der Gruppe der Alumosilikatgläser ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Betätigungsmoduls in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse Bestandteil einer Mittelkonsole oder eines Lenkrads ist. Ebenso ist es denkbar, dass das Gehäuse als ein separates Bauteil ausgebildet ist, welches in einen Aufnahmeabschnitt des Kraftfahrzeugs, welcher beispielsweise in der Mittelkonsole oder an dem Lenkrad angeordnet ist, einsetzbar ist.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Betätigungsmodul in einer schematischen Schnittansicht, und
2 eine Bedieneinheit und ein Trägerelement des erfindungsgemäßen Betätigungsmoduls in einer isometrischen Ansicht von oben.

In der 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Betätigungsmodul 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Das Betätigungsmodul 1 weist eine Bedieneinheit 2 auf, welche in der 2 visualisiert ist. Des Weiteren umfasst das Betätigungsmodul 1 eine Sensoreinheit mit mindestens einem ersten Sensorabschnitt 3 und einem zweiten Sensorabschnitt 4. Außerdem weist das Betätigungsmodul 1 ein Gehäuse 5 zur beweglichen Anordnung eines Trägerelements 9 auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 5 beispielsweise Bestandteil einer Mittelkonsole oder eines Lenkrads des Kraftfahrzeugs ist. Ebenso ist es denkbar, dass das Gehäuse 5 als ein separates Bauteil ausgestaltet ist, welches in einen Aufnahmeabschnitt des Kraftfahrzeugs, welcher beispielsweise in der Mittelkonsole oder an dem Lenkrad angeordnet ist, einsetzbar ist.
Die Bedieneinheit 2 umfasst zumindest eine Eingabeschicht 7 und eine berührempfindliche Eingabevorrichtung 8, wobei die berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 vollständig innerhalb des aus Metall, insbesondere Metalldruckguss umfassend Mg oder Zn ausgebildeten Trägerelements 9 aufweisend eine Rückwand 10 angeordnet ist. Die Eingabeschicht 7 ist bevorzugt aus Glas, insbesondere aus einem chemisch vorgespannten Glas aus der Gruppe der Alumosilikatgläser ausgebildet.
Die berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 kann dabei als Touchscreen oder Touchpad ausgebildet sein, welcher die Eingabeschicht 7 zugeordnet ist. Die Eingabeschicht 7 kann beispielsweise mittels eines Klebstoffs mit der berührempfindlichen Eingabevorrichtung 8 verbunden sein. Ist die berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 als sogenanntes Touchdisplay ausgebildet kann dieses insbesondere mit einem optisch klaren Klebstoff (sog. „optical bonding“) mit der Eingabeschicht 7 verbunden sein. Durch den optisch klaren Klebstoff wird eine Klebeschicht 35 gebildet, welche die berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 und die Eingabeschicht 7 miteinander verbindet. Dabei ist darauf zu achten, dass die Klebeverbindung, insbesondere die Klebeschicht 35 zwischen Eingabeschicht 7 und berührempfindlicher Eingabevorrichtung 8 weicher ist als die Verbindung 12 zwischen Eingabeschicht 7 und Trägerrahmen 9. Beispielsweise ist die Shore Härte 00, (in Anlehnung an DIN ISO53505, nach 72h Raumtemperatur) der Klebeverbindung, insbesondere der Klebeschicht 35 zwischen Eingabeschicht 7 und berührempfindlicher Eingabevorrichtung 8 kleiner als 90, bevorzugter kleiner als 70 und noch bevorzugter kleiner als 50. Beispielsweise besteht der Klebstoff der Klebeverbindung, insbesondere der Klebeschicht 35 auf der Basis von Acrylaten und härtet unter Einwirkung von Licht und/oder Feuchtigkeit und/oder Wärme aus.
Des Weiteren sorgt das vorzugsweise aus Metalldruckguss ausgebildete Trägerelement 9 dafür, dass eine zuverlässige EMV-Abschirmung und ESD-Abschirmung des Betätigungsmoduls 1, insbesondere der Bedieneinheit 2 sichergestellt werden kann.
Die berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 ist mit einem Anschlusskabel 11 verbunden, welches beispielsweise zur Übertragung von Daten und/oder zur Energieversorgung vorgesehen ist.
Das Trägerelement 9 stützt sich an der Eingabeschicht 7 ab, wobei die bei einer Betätigung durch einen Benutzer auf die Eingabeschicht 7 ausgeübte Kraft von der Eingabeschicht 7 unter Ausschluss der berührempfindlichen Eingabevorrichtung 8 direkt in das Trägerelement 9 einleitbar ist. Dabei detektiert die Sensoreinheit die zwischen dem Trägerelement 9 und dem Gehäuse 5 wirkende Kraft und/oderdie Annäherung zwischen dem Trägerelement 9 und dem Gehäuse 5. Es wird daher vorzugsweise ein Abstand zwischen dem ersten Sensorabschnitt 3 und dem zweiten Sensorabschnitt 4 verändert und ein Schaltsignal ausgelöst.
Das Trägerelement 9 sollte stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Bedieneinheit 2, insbesondere mit der Eingabeschicht 7 verbunden sein. Dabei kann es sich anbieten, das Trägerelement 9 mit der Eingabeschicht 7 beispielsweise zu verkleben, zu verklipsen, zu verrasten oder zu verschrauben oder miteinander zu verstecken. Es sollte jedoch stets gewährleistet werden, dass sich das Trägerelement 9 gegenüber der Eingabeschicht 7 abstützt, um bei der Betätigung der berührempfindlichen Eingabevorrichtung 8 die auf die Eingabeschicht 7 ausgebübte Kraft unter Ausschluss der berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 direkt in das Trägerelement 9 einzuleiten. Es erfolgt bei der Betätigung der Bedieneinheit 2 im Wesentlichen keine Kraftübertragung von der berührempfindlichen Eingabevorrichtung 8 auf die Sensoreinheit, insbesondere auf das Trägerelement 9, die die Funktionsweise der Sensoreinheit beeinflussen könnten.
Das Trägerelement 9 kann den ersten Sensorabschnitt 3 umfassen, wobei im vorliegenden Fall vorzugsweise die Rückwand 10 den ersten Sensorabschnitt 3 bildet. Alternativ könnte der erste Sensorabschnitt 3 auch als separates Bauteil ausgebildet sein, beispielsweise als Metallfolie, welches an dem Trägerelement 9 angeordnet ist. Das Gehäuse 5 umfasst den zweiten Sensorabschnitt 4. Das Trägerelement 9 und die Bedieneinheit 2, insbesondere die Eingabeschicht 7 sind mittels mindestens eines ersten Klebeelements 12 miteinander verbunden. Dabei ist das erste Klebeelement 12 als Klebeband, vorzugsweise als doppelseitiges Klebeband ausgebildet. Alternativ könnte man auch als erstes Klebelement 12 einen Flüssigklebstoff verwenden, welcher nach einer vorbestimmten Zeit aushärtet. Zwischen der Bedieneinheit 2, insbesondere der Eingabeschicht 7 und dem ersten Klebeelement 12 ist eine Schwarzdruckschicht 30 angeordnet, welche auf der Eingabeschicht 7 beispielsweise als umlaufender Zierrahmen für einen Benutzer sichtbar ist. Das Klebeelement 12 weist eine Shore Härte A (in Anlehnung an DIN EN ISO 868) von größer als 50, bevorzugter größer als 70 und noch bevorzugter größer als 90 auf.
Die berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 ist in einem Rahmenelement 13 gelagert, welches mit dem Trägerelement 9 und/oder der Bedieneinheit 2 vorzugsweise stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist. Die Verbindung zwischen der berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 und dem Rahmenelement 13 wird hier durch ein zweites Klebeelement 14 realisiert. Dabei ist das zweite Klebeelement 14 als Klebeband, vorzugsweise als doppelseitiges Klebeband ausgebildet. Alternativ könnte das zweite Klebeelement 14 einen Flüssigklebstoff umfassen, welcher nach einer vorbestimmten Zeit aushärtet.
Ferner ist die berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 von einem aus Aluminium ausgebildeten Schutzelement 15 umgeben, welches mit dem Trägerelement 9 und/oder dem Rahmenelement 13 verbunden ist. Das Schutzelement 15 ist mittels einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung mit dem Trägerelement 9 verbunden, wobei im vorliegenden Fall das Schutzelement 15 und das Trägerelement 9 mittels einer Schraube 16 miteinander verbunden sind. Die berührempfindliche Eingabevorrichtung 8 ist vorzugsweise beabstandet zu dem Schutzelement 15 angeordnet.
Des Weiteren ist das Gehäuse 5 und das Trägerelement 9 mit mindestens zwei Rückstellelemente 17, 18 verbunden, welche dafür sorgen, dass nach einer Betätigung der Bedieneinheit 2 diese wieder zurück in ihre Ursprungsstellung, insbesondere Ruhestellung gelangt.
Wie man gut in der 1 erkennen kann, sind verschiedene Sensoreinheiten gezeigt. Vorzugsweise wird nur eine Art von Sensoreinheit verwendet. Selbstverständlich ist es auch möglich, verschiedene Arten von Sensoreinheiten zu verwenden, um beispielsweise ein redundantes Sensorsystem zu erhalten. So kann bei einem Ausfall einer Sensoreinheit, eine andere Sensoreinheit zuverlässig die Betätigung der Bedieneinheit 2 erfassen.
Aus Kostengründen sollte das Betätigungsmodul 1 nur eine Sensoreinheit aufweisen.
In der 1 ist ein kapazitiver Sensor visualisiert, welcher durch den ersten Sensorabschnitt 3 und den zweiten Sensorabschnitt 4 gebildet wird. Dabei kann die aus Metall ausgebildete Rückwand 10 des Trägerelements 9 eine erste Platte bilden und der beispielsweise aus einer Metallfolie 19 ausgebildete zweite Sensorabschnitt 4, welcher an dem Gehäuse 5 angeordnet ist, die zweite Platte bilden. Nähert sich beispielsweise die aus Metall ausgebildete Rückwand 10 des Trägerelements 9 bei der Betätigung der Bedieneinheit 2 durch den Benutzer der Metallfolie 19, so wird die Kapazitätsänderung des Plattenkondensators durch eine Messung der Spannungsänderung erfasst, und folglich kann aufgrund der Erfassung der Spannungsänderung auf die Kraft, welche bei der Betätigung der Bedieneinheit 2 durch den Benutzer ausgeübt wird, rückgeschlossen werden.
In der 1 ist eine weitere Sensoreinheit gezeigt, wobei die Sensoreinheit als induktiver Sensor ausgebildet ist, wobei der zweite Sensorabschnitt zwei zueinander beabstandete Spulen 20, 21 umfasst und der erste Sensorabschnitt 3, insbesondere die Rückwand 10 des Trägerelements 9 aus Metall ausgebildet ist, wobei bei der Annäherung des ersten Sensorabschnitts 3 an den zweiten Sensorabschnitt 4 deren Abstand zueinander verändert wird und eine Spannung dabei induziert wird. Beispielsweise wird dabei in der Rückwand 10 des Trägerelements 9 ein Wirbelstrom induziert und mithilfe der induktiven Sensoreinheit die induktive Kopplung gemessen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass an dem Trägerelement 9, vorzugsweise an der Rückwand 10 des Trägerelements 9 vorzugsweise zwei, insbesondere zylinderförmige Kammern 22, 23 angeordnet sind, in welcher jeweils eine induktive Kopplung erzeugt und/oder gemessen wird. Die Spulen 20, 21 sind daher an dem Gehäuse 5 angeordnet. Wenn bei einer Betätigung der Bedieneinheit 2 durch den Benutzer eine Kraft auf die Eingabeschicht 7 ausgeübt wird, bewegt sich die aus Metall ausgebildeten Rückwand 10 der Spule 20 bzw. 21, wodurch sich der Abstand zwischen den Spulen 20, 21 und der Rückwand 10 verändert. Dadurch ändert sich die induktive Kopplung und man kann auf die Kraft, welche bei der Betätigung der Bedieneinheit 2 durch den Benutzer ausgeübt wird, rückschließen.
Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Betätigungsmodul 1 eine als Lichtsensor ausgebildet optische Sensoreinheit auf, wobei der zweite Sensorabschnitt 4 mindestens eine einen Lichtstrahl 24 erzeugende Lichtquelle 25 umfasst, wobei der Lichtstrahl 24 von dem Trägerelement 9, insbesondere dem ersten Sensorabschnitt 3 reflektiert wird. Bei dieser optischen Sensoreinheit kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die an dem Gehäuse 5 angeordnete Lichtquelle 25 den Lichtstrahl 24, insbesondere einen Laserstrahl aussendet und dieser von der Rückwand 10 des Trägerelements 9 reflektiert wird. Dabei kann die Intensität und/oder die Laufzeit des Lichtstrahls 24 gemessen werden. Nähert sich das Trägerelement 9, insbesondere die Rückwand 10 des Trägerelements 9 bei einer Betätigung der Bedieneinheit 2 durch den Benutzer der Lichtquelle 25, so wird die Intensität und/oder die Laufzeit des Lichtstrahls 24 verändert und folglich kann auf die Kraft, welche bei der Betätigung der Bedieneinheit 2 durch den Benutzer ausgeübt wird, rückgeschlossen werden. Denkbar ist es natürlich auch, dass die Lichtquelle 25 an dem Trägerelement 9, insbesondere an der Rückwand 10 des Trägerelements 9 angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 868 [0032]

Claims

Betätigungsmodul (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend: - eine Bedieneinheit (2), welche eine Eingabeschicht (7) und eine vorzugsweise als Touchpad oder Touchscreen ausgebildete berührempfindliche Eingabevorrichtung (8) umfasst, - ein Trägerelement (9) zur Anordnung der berührempfindlichen Eingabevorrichtung (8), und - ein Gehäuse (5) zur beweglichen Anordnung des Trägerelements (9), dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (9) abstützend an der Eingabeschicht (7) angeordnet ist und zumindest die berührempfindliche Eingabevorrichtung (8) von dem Trägerelement (9) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig umschlossen ist, wobei das Trägerelement (9) und das Gehäuse (9) mit mindestens einem Rückstellelement (17, 18) miteinander verbunden sind, und das Betätigungsmodul (1) eine Sensoreinheit aufweist, welche eine zwischen dem Trägerelement (9) und dem Gehäuse (5) wirkende Kraft und/oder eine Annäherung zwischen dem Trägerelement (9) und dem Gehäuse (5) detektiert.
Betätigungsmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine bei einer Betätigung durch einen Benutzer auf die Eingabeschicht (7) ausgeübte Kraft von der Eingabeschicht (7) unter Ausschluss der berührempfindlichen Eingabevorrichtung (8) in das Trägerelement (9) einleitbar ist, wobei die Sensoreinheit die zwischen dem Trägerelement (9) und dem Gehäuse (5) wirkende Kraft und/oder die Annäherung zwischen dem Trägerelement (9) und dem Gehäuse (5) detektiert.
Betätigungsmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeschicht (7) und die berührempfindliche Eingabevorrichtung (8) mittels einer Klebeverbindung, insbesondere mittels einer Klebeschicht (35) verbunden sind, wobei die Klebeverbindung eine Shore Härte 00 von kleiner als 90, bevorzugter kleiner als 70 und noch bevorzugter kleiner als 50 aufweist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit mindestens einen ersten Sensorabschnitt (3) und einen zweiten Sensorabschnitt (4) aufweist, wobei der erste Sensorabschnitt (3) an dem Trägerelement (9), insbesondere an einer Rückwand (10) des Trägerelements (9) angeordnet ist und der zweite Sensorabschnitt (4) an dem Gehäuse angeordnet ist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (9) aus Metall, vorzugsweise aus Metalldruckguss ausgebildet ist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (9) stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Bedieneinheit (2), insbesondere mit der Eingabeschicht (7) verbunden ist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellelement (17, 18) als Federelement ausgebildet ist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die berührempfindliche Eingabevorrichtung (8) in einem Rahmenelement (13) gelagert ist, welches mit dem Trägerelement (9) und/oder der Bedieneinheit (2) verbunden ist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die berührempfindliche Eingabevorrichtung (8) von einem Schutzelement (15) umgeben ist, welches mit dem Trägerelement (9) und/oder dem Rahmenelement (13) verbunden ist.
Betätigungsmodul (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (15) aus Aluminium ausgebildet ist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (9) und die Bedieneinheit (2), insbesondere die Eingabeschicht (7) mittels mindestens eines ersten Klebeelements (12) miteinander verbunden sind, wobei das Klebelement (12) eine Shore Härte A von größer als 50, bevorzugter größer als 70 und noch bevorzugter größer als 90 aufweist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (13) mittels mindestens eines zweiten Klebeelements (14) mit der berührempfindliche Eingabevorrichtung (8) verbunden ist.
Betätigungsmodul (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Klebeelement (12) und/oder das zweite Klebelement (14) als Klebeband, vorzugsweise als doppelseitiges Klebeband oder als Flüssigklebstoff ausgebildet ist, welcher nach einer vorbestimmten Zeit aushärtet, wobei das Klebelement (12, 14) eine Shore Härte A von größer als 50, bevorzugter größer als 70 und noch bevorzugter größer als 90 aufweist.
Betätigungsmodul (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bedieneinheit (2), insbesondere der Eingabeschicht (7) und dem ersten Klebeelement (12) eine Schwarzdruckschicht (30) angeordnet ist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit als kapazitiver Sensor ausgebildet ist, wobei der erste Sensorabschnitt (3) und der zweite Sensorabschnitt (4) jeweils aus Metall ausgebildet ist.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit als induktiver Sensor ausgebildet ist, wobei der erste Sensorabschnitt (3) oder der zweite Sensorabschnitt (4) eine Spule (20, 21) umfasst und der erste Sensorabschnitt (3) oder der zweite Sensorabschnitt (4) aus Metall ausgebildet ist
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerelement (9), vorzugsweise an der Rückwand (10) des Trägerelements (9) mindestens eine, insbesondere zylinderförmige Kammer (22, 23) angeordnet ist, in welcher eine induktive Kopplung erzeugt und/oder gemessen wird.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit als Lichtsensor ausgebildet ist, wobei der erste Sensorabschnitt (3) oder der zweite Sensorabschnitt (4) mindestens eine einen Lichtstrahl (24) erzeugende Lichtquelle (25) umfasst, wobei der Lichtstrahl (24) von dem Trägerelement (9), insbesondere dem ersten Sensorabschnitt (3) oder dem Gehäuse (5), insbesondere dem zweiten Sensorabschnitt (4) reflektiert wird.
Betätigungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeschicht (7) aus Glas, insbesondere aus einem chemisch vorgespannten Glas aus der Gruppe der Alumosilikatgläser ausgebildet ist.