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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Betätigungsvorrichtung für Türen, Hauben oder Klappen von Fahrzeugen, wobei eine Platine vorgesehen ist, auf der wenigstens ein kraftbetätigtes Schaltelement angeordnet ist. Die Platine ist in einer Aufnahme gelagert und eine flexible Schutzabdeckung ist benachbart zu dem kraftbetätigten Schaltelement angeordnet, so dass das Schaltelement unter Verformung der Schutzabdeckung in Richtung des Schaltelements betätigbar ist.
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Kraftfahrzeuge weisen an ihren verschließbaren Öffnungen, insbesondere den Bereichen der Heckklappen oder den Seitentüren handhabbare Betätigungsvorrichtungen auf, welche einen Betätigungswunsch eines Benutzers registrieren können. Beispielsweise offenbart das Dokument
EP 1 468 152 B1 einen derartigen Verschluss, der zur Anordnung an der Heckklappe eines Fahrzeuges vorgesehen ist. Die Baueinheit der Betätigungsvorrichtung weist eine Aufnahme für eine Platine auf, auf der ein kraftbetätigtes Schaltelement (beispielsweise ein Mikroschalter) angeordnet ist. Zum Schutz vor Umgebungseinflüssen, Verschmutzungen und Feuchtigkeit ist eine flexible Schutzabdeckung, beispielsweise eine elastomere Haut, so über oder an der Aufnahme angeordnet, dass ein Benutzer auf diese Schutzabdeckung Zugriff hat und diese eindrücken und verformen kann, um das darunterliegende Schaltelement zu betätigen.
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Bei derartigen Einrichtungen tritt jedoch das Problem auf, dass Benutzer die Einrichtung mit hohen Betätigungskräften beaufschlagen. Dies liegt insbesondere daran, dass Benutzer bei der Öffnung von mechanischen Bauteilen, insbesondere bei größeren mechanischen Bauteilen wie Heckklappen, eine erheblich größere Bedienkraft ausüben als für die elektronische Detektion erforderlich ist. Im Stand der Technik, wie zum Beispiel in der vorgenannten Druckschrift, werden kraftbegrenzende Maßnahmen vorgeschlagen, um die Schaltelemente der Betätigungsvorrichtungen zu schützen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Betätigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Erfindungsgemäß ist bei der Betätigungsvorrichtung die Aufnahme aus wenigstens zwei Abschnitten gebildet. Ein erster dieser Abschnitte ist mit einer ersten Elastizität ausgebildet und mit einem weiteren Abschnitt mit einer zweiten, geringeren Elastizität gekoppelt. Die Platine steht ausschließlich mit dem ersten Abschnitt in direktem Kontakt und wird von diesem in einer Ruhelage gegenüber dem weiteren Abschnitt gehalten.
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Bei Krafteinwirkung auf das Schaltelement wird die Platine in Kraftrichtung bewegt und verformt dabei den ersten Abschnitt in Richtung der Krafteinwirkung gegenüber dem weiteren Abschnitt.
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Der erste Abschnitt ist bezüglich seiner Elastizität hierzu derart ausgebildet, dass die auf die Platine wirkende Rückstellkraft des ersten Abschnitts gegenüber dem weiteren Abschnitt bei Auslenkungen aus der Ruhelage der Platine geringer ist als eine maximal zulässige Betätigungskraft des Schaltelements.
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Die Bereitstellung der größeren Elastizität des ersten Abschnittes, welcher die Platine hält, gegenüber dem zweiten Abschnitt, kann durch unterschiedliche Materialwahl oder durch unterschiedliche Geometrie erreicht werden. Unter Geometrie sind dabei insbesondere Variationen in Materialstärken, Materialausnehmungen und ausgebildete Verformungsbereiche zu verstehen, welche die Elastizität des ersten Abschnitts gegenüber der Elastizität des zweiten Abschnitts vergrößern.
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Erfolgt eine Krafteinwirkung auf das Schaltelement, wird dadurch Kraft auf die unterliegende Platine ausgeübt, auf der das Schaltelement montiert ist. Die Krafteinwirkung auf die Platine verformt den mit der Platine in Kontakt stehenden ersten elastischeren Abschnitt in Richtung der Krafteinwirkung gegenüber dem weiteren Abschnitt mit geringerer Elastizität. Die Platine selbst, welche das kraftbetätigte Schaltelement trägt, ist so mit dem ersten Abschnitt gekoppelt, dass ein gefederter Bewegungsweg für die Platine gebildet ist. Die Aufnahme ist erfindungsgemäß also so gestaltet, dass die gesamte Platine mitsamt dem kraftbetätigten Schaltelement einer Krafteinwirkung nachgibt und unter Verformung des ersten Abschnitts ausweicht. Dies setzt voraus, dass sämtliche mit der Platine elektronisch verbundene Komponenten diesen Bewegungsweg mitvollziehen, insbesondere durch ausreichende Kabelzugaben oder geeignete Verbindungsmittel wie z. B. Schleifkontakte.
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Kraftbetätigte Schaltelemente, beispielweise Mikroschalter, weisen eine maximal zulässige Betätigungskraft auf, die entweder vom Hersteller angegeben wird oder in einfachen Versuchen ermittelbar ist. Die elastische Lagerung der Platine in der Aufnahme ist so ausgestaltet, dass der erste Abschnitt bei übermäßiger Betätigungskraft elastisch nachgibt und die gesamte Platine mit dem Schaltelement in der Aufnahme verschoben wird, wobei sie nach Wegfall der Betätigungskraft zurück in ihre Ruhelage gedrängt wird. Der erste elastische Abschnitt dient damit sowohl zur räumlichen Fixierung der Platine gegenüber der Aufnahme, als auch zur entlastenden Federung der Platine gegen übermäßige Betätigungskräfte.
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Die Geometrie des ersten elastischen Abschnitts und dessen Material sind hinsichtlich der auf die Platine wirkenden Rückstellkräfte und Wandstärken derart gewählt, dass die auf die Platine wirkende Rückstellkraft des ersten Abschnitts wenigstens zu Beginn der Verformung, also bei einsetzender Auslenkung aus der Ruhelage, geringer ist als eine maximal zulässige Betätigungskraft des Schaltelementes. Da die Betätigung des Schaltelementes bei angemessenen Betätigungskräften gewährleistet sein muss, ist außerdem die Rückstellkraft, die auf die Platine bei Krafteinwirkung auf das Schaltelement wirkt, entlang des Ausweichweges der Platine größer als die minimal erforderliche Betätigungskraft für das Schaltelement. Dies bedeutet, dass bei einer Betätigung des Schaltelementes mit einer Betätigungskraft, welche die mindestens erforderliche Kraft zur Auslösung des Schaltelementes nur geringfügig übersteigt, keine oder eine nur geringfügige Bewegung der Platine entgegen der Rückstellkräfte der elastischen Abschnitte der Aufnahme erfolgt.
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In einer bevorzugten Gestaltung der Erfindung ist ein erster elastischer Abschnitt aus einem ersten elastischen Weichmaterial gebildet. Der erste elastische Abschnitt ist wiederum mit dem weiteren Abschnitt verbunden und in diesem befestigt. Der erste elastische Abschnitt weist eine geringere Shore-Härte (insbes. Shore-A-Härte) auf als der weitere Abschnitt und ist damit unter geringerer Krafteinwirkung verformbar als der weitere Abschnitt.
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Die Geometrie des ersten elastischen Abschnitts und das elastische Weichmaterial, aus welchem der erste Abschnitt gebildet ist, sind hinsichtlich der auf die Platine wirkenden Rückstellkräfte und Wandstärken wiederum derart gewählt, dass die auf die Platine wirkende Rückstellkraft des Weichmaterials wenigstens zu Beginn der Verformung, also bei einsetzender Auslenkung aus der Ruhelage, geringer ist als eine maximal zulässige Betätigungskraft des Schaltelementes.
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Als elastische Weichmaterialien kommen sämtliche formfeste, elastisch verformbare Kunststoffe in Frage, insbesondere thermoplastische Elastomere (TPE). Die auf die Platine wirkende Rückstellkraft ist wesentlich von der Geometrie des ersten elastischen Abschnitts abhängig, welcher aus dem elastischen Weichmaterial gebildet ist und die Platine trägt sowie von den Eigenschaften des elastischen Weichmaterials, insbesondere dessen Härte. Weichmaterialien werden anhand ihrer Shore-Härte klassifiziert. Die ausgewählten Shore-Härten und Geometrien bedingen sich jedoch in Abhängigkeit von den erlaubten Betätigungskräften wechselseitig, so dass eine gewünschte Rückstellwirkung sowohl durch Geometriemaßnahmen, beispielsweise Einstellung der Wanddicke des aus dem Weichmaterial hergestellten Abschnitts der Aufnahme, eingestellt werden kann, als auch durch eine andere Materialwahl mit anderer Shore-Härte.
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Ebenfalls stellt die Erfindung sicher, dass die Betätigungskraft nicht durch weitere Maßnahmen reduziert zu werden braucht, sondern bei übermäßiger Betätigungskraft die gesamten empfindlichen elektronischen Komponenten, einschließlich des kraftbetätigten Schaltelementes und der Platine, einer Betätigungskraft ausweichen können und damit geschützt werden. So ist jederzeit sichergestellt, dass sich die Platine und das kraftbetätigte Schaltelement auch nach wiederholter, kräftiger Betätigung, jederzeit in eine vorgesehene Ausgangslage für eine Betätigung zurückbewegen, so dass Betätigungen über einen weiten Bereich von Betätigungskräften sichergestellt sind. Weiterhin werden mechanische Begrenzungselemente (z. B. Anschläge) nicht zwingend benötigt, die eine Krafteinwirkung auf das Schaltelement reduzieren, so dass der Bereich zwischen der flexiblen Schutzabdeckung und dem kraftbetätigten Schaltelement weitgehend freibleiben kann, was die Betätigungsfähigkeit und die haptische Rückmeldung für einen Benutzer verbessert. Das Ausweichen der Platine findet getrieben von der Betätigungskraft statt, so dass für einen Benutzer ein verbessertes haptisches Feedback erzeugt wird, welches gleichzeitig das Schaltelement vor übermäßiger Krafteinwirkung schützt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der erste elastische Abschnitt der Aufnahme eine Einfassung, in welcher die Platine entlang ihrer umlaufenden Kante wenigstens abschnittsweise aufgenommen ist.
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Eine derartige Einfassung kann beispielsweise durch seitliche Lager gebildet sein, die in der weiteren Aufnahme befestigt sind und die Nuten aufweisen, in welche die Platine eingeschoben wird, so dass sie beispielsweise mit ihren voneinander abgewandten Längsseiten oder Kurzseiten entlang ihrer Kante in die Nuten eingeschoben wird und darin elastisch gehalten ist. Eine derartige Aufnahme kann jedoch auch beispielsweise Öffnungen in der Platine durchgreifen oder die Platine kann auf Zapfen aufgelegt sein, die aus dem elastischen Weichmaterial gebildet sind, so dass die Platine verschiebesicher im Weichmaterial gehalten ist und gleichzeitig durch Stauchung oder Verbiegen der Zapfen der Betätigungskraft ausweichen kann.
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Bevorzugt ist der erste elastische Abschnitt derart ausgebildet, dass die Platine entlang einer Umfangslinie vollständig umfasst ist.
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Die vollständige Einfassung der Platine entlang ihrer Kanten, beispielsweise durch Einschieben in entsprechende Nuten im Weichmaterial des ersten elastischen Abschnitts oder durch Einlegen der Platine in eine entsprechende Aussparung des Weichmaterials stellt eine räumlich reproduzierte Lage der Platine gegenüber dem Weichmaterial sicher und schützt die Platine auch gegen seitliche mechanische Einwirkungen. Die weiteren, härteren Abschnitte der Aufnahme können als mechanischer Schutz in Gestalt eines Gehäuses oder eines Montageabschnitts zur Festlegung an einem Fahrzeug gebildet sein.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ragt das Weichmaterial des ersten elastischen Abschnitts auf einer dem Schaltelement abgewandten Flachseite der Platine derart vor, dass durch das Weichmaterial und die Platine zusammen ein Vergussrahmen gebildet ist, in welchem eine Vergussmasse eingefüllt ist, um die Platine abschnittsweise zu bedecken.
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Der Verguss einer Platine hat sich in zahlreichen technischen Anwendungen als Schutz vor Umwelteinflüssen und Beschädigungen bewährt. Die Rückseite der Platine, also die Seite, welche dem Schaltelement unter Krafteinwirkung abgewandt ist, kann durch den Verguss geschützt werden, wobei die Nutzung des Weichmaterials als Vergussform auf der Platine weitere Bauteile überflüssig macht und außerdem die benötigte Vergussmenge auf das Nötigste reduziert.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist an der Aufnahme ein mechanischer Anschlag ausgebildet, welcher die Auslenkung der Platine bei Verformung des Abschnittes aus dem ersten elastischen Weichmaterial begrenzt.
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Grundsätzlich sollte die Betätigungsvorrichtung hinsichtlich ihrer elastischen Lagerung der Platine derart ausgebildet sein, dass die Verwendung eines mechanischen Anschlages nicht erforderlich wird. Gleichwohl kann es bei deutlich überschießenden Krafteinwirkungen sinnvoll sein, die Auslenkung der Platine auf ein Maximalmaß zu begrenzen, auch wenn dies gegebenenfalls in einer stärkeren Belastung des Schaltelementes resultiert. Auf diese Weise können jedoch weitere Komponenten, beispielsweise elektronische Komponenten auf der Platine vor Beschädigungen geschützt werden, deren Ersatz aufwendiger und komplexer ist als der Ersatz des Schaltelementes.
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Wie vorstehend erwähnt, hängt die Auswahl der Härte des elastischen Weichmaterials stark von der gewählten Geometrie der Aufnahme und des Abschnittes aus dem Weichmaterial ab, mit dem die Platine zur elastischen Lagerung gekoppelt ist. In einer bevorzugten Gestaltung der Erfindung ist jedoch das Weichmaterial mit einer Shore-A-Härte von 5 bis 50 ausgebildet, wobei eine Härte zwischen 10 und 30 bevorzugt ist. Eine geringere Shore-Härte hat eine größere Nachgiebigkeit der Platinenlagerung zur Folge, was hinsichtlich des Schutzes eines Druckschalters positiv ist, jedoch auf einen erwünschten Druckpunkt eines Schaltelementes abzustimmen ist. Bei Shore-Härten von mehr als 35 ist die Aufhängung mit Abschnitten geringer Dicke und damit filigran auszubilden, was eine mechanische Belastbarkeit verringert.
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Der weitere Abschnitt der Aufnahme ist zur Sicherung einer mechanischen Schutzwirkung bevorzugt aus einem Material einer Shore-A-Härte von mindestens 60, bevorzugt wenigstens 95 gebildet.
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Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert:
- 1a zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung;
- 1b zeigt schematisch eine Aufsicht auf die Anordnung aus 1a mit entfernter Schutzabdeckung;
- 1c zeigt schematisch die Betätigung der Betätigungsvorrichtung aus den 1a und 1b;
- 2a zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung;
- 2b zeigt schematisch die Betätigung der Betätigungsvorrichtung aus 2a;
- 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung.
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In 1a ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung gezeigt. Eine Aufnahme 1 ist in ihrer äußeren Gestaltung als Gehäuse ausgebildet. Die Aufnahme 1 weist einen Hartplastikabschnitt 2 sowie einen ersten Abschnitt 3 aus einem elastischen Weichmaterial auf. Der erste elastische Abschnitt 3 ist als Aufnahmerahmen gebildet und seitlich mit dem Hartplastikabschnitt 2 verbunden. Eine Platine 4 ist in den Aufnahmerahmen 3 eingesetzt und lagert auf entsprechenden Vorsprüngen 3a, 3b am Aufnahmerahmen. Die Platine 4 ist an den Vorsprüngen 3a, 3b befestigt und gegen Abheben gesichert.
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Auf der Platine 4 sind Mikroschalter 5a und 5b angeordnet, die zu einer Betätigungsseite ausgerichtet sind. Eine elastomere Schutzabdeckung 7 überspannt eine Öffnung im Hartplastikabschnitt 2 der Aufnahme 1. Die Schutzabdeckung 7 ist bei Druckbetätigung verformbar, so dass die Schutzabdeckung 7 bis auf die Mikroschalter 5a und 5b von einem Benutzer durchgedrückt werden kann (siehe unten).
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In 1b ist eine Aufsicht auf die Anordnung aus 1a aus Richtung der Betätigungsseite gezeigt, wobei die Schutzabdeckung 7 zur besseren Darstellung entfernt ist. Die Platine 4 ist entlang ihres gesamten Kantenumfangs in dem Rahmen des ersten elastischen Abschnitts 3 aufgenommen und in ihrer räumlichen Ausrichtung fixiert. Die Mikroschalter 5a und 5b liegen in einer zugänglichen Weise im mittleren Bereich der Aufnahme, so dass sie in einfacher Weise betätigbar sind.
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1c zeigt eine Betätigung der ersten Ausführungsform, wobei eine Betätigungskraft 10 auf die Schutzabdeckung 7 einwirkt. Die Schutzabdeckung 7 wird im Bereich des Mikroschalters 5a verformt und wirkt auf den Mikroschalter 5a ein, so dass dieser betätigt wird. Der erste elastische Abschnitt 3 aus dem weichplastischen Material gibt unter der einwirkenden Kraft 10 nach, so dass die Platine 4 im linken Bereich in Richtung der Krafteinwirkung 10 ausweicht und so eine Entlastung des Mikroschalters 5a bewirkt. Es ist gut sichtbar, dass nicht die Kraft an sich reduziert wird, sondern die gesamte Platine derart flexibel gelagert ist, dass die Platine bei überhöhten Betätigungskräften der Betätigungskraft ausweichen kann.
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2a zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. In dieser Gestaltung ist wiederum ein Rahmen als erster elastischer Abschnitt 3 aus einem elastomeren Weichmaterial gebildet. Der hartplastische weitere Abschnitt 15 der Aufnahme ist hier jedoch flacher ausgebildet und weist Anschläge 15a, 15b auf, welche die Auslenkung des Aufnahmerahmens 3 aus Weichmaterial begrenzen.
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2b zeigt eine Betätigung unter Durchbiegung der Schutzabdeckung 7 und Krafteinwirkung auf das Schaltelement 16 auf der Platine 14. Durch die zentrale Anordnung des Schaltelementes 16 wirkt die Kraft 17 zentral auf die Platine 14 ein und führt zu einer beiderseitigen Verformung des als Aufnahmerahmen ausgebildeten ersten Abschnitts 3 aus dem Weichmaterial. Die Verformung wird jedoch durch die Anschläge 15a, 15b an dem hartplastischen Material des weiteren Abschnitts 15 begrenzt, insbesondere um einen verlässlichen Druckpunkt und eine verbesserte haptische Rückmeldung zu liefern und außerdem ein Herausdrücken der Platine aus der Aufhängung zu verhindern.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Gestaltung, die im Übrigen der ersten Ausführungsform ähnelt, bildet der Aufnahmerahmen als erster elastischer Abschnitt 23 aus dem elastischen Weichmaterial einen Vergussrahmen, der mit einer Vergussmasse 25 rückseitige Bereiche der Platine 24 bedeckt. Die Rückseite der Platine 24 ist damit vor Umwelteinflüssen geschützt, und die Menge des Vergussmaterials wird gegenüber einem vollständigen Verguss signifikant reduziert. Außerdem wird die Platine 24 mechanisch stabilisiert, was die Gefahr von Beschädigungen bei Auslenkungen der Platine vermindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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