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Die Erfindung betrifft einen Taster mit Mitteln zur Parallelführung der Taste. Diese Mittel zur Parallelführung der Taste sind üblicherweise vorgesehen, eine die Betätigungsfläche bereitstellende Taste, welche beweglich an einem Träger unter Aufbringung einer Betätigungskraft aus einer Ruhestellung in eine betätigte Stellung verbringbar ist, so zu führen, dass die Betätigungsfläche im Wesentlichen ihre Ausrichtung beibehält, also eine Lage der Betätigungsfläche in der betätigten Stellung der Taste sowie in den Zwischenstellungen der Taste angestrebt wird, die parallel zur Lage der Betätigungsfläche in der Ruhestellung der Taste bleibt. Beispielsweise werden hierzu Bügel eingesetzt. Problematisch bei den bekannten Führungen ist, dass sie vergleichsweise viel Bauraum einnehmen, was unter anderem darauf beruht, dass die Rückstellmittel und die die Betätigungshaptik, wie eine Schnapphaptik, erzeugenden Mittel regelmäßig als zusätzliche Komponenten vorgesehen sind.
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Die
DE 10 2014 007 988 A1 offenbart einen Taster gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für einen Taster mit vergleichsweise geringem Bauvolumen und hoher Integrationsdichte, der insbesondere eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird durch ein Taster gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzl ich.
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Die Erfindung betrifft einen Taster. Der Begriff „Taster“ ist weit auszulegen und es kann sich um eine im Wesentlichen translatorisch zur Vornahme einer Bedieneingabe bewegbare Betätigungsfläche eines beliebigen Eingabegeräts einer Mensch-Maschine-Schnittstelle handeln, beispielsweise kann der Taster in den Drehknopf eines Drehstellers integriert sein. Der erfindungsgemäße Taster weist einen Träger auf. Der Träger dient der Festlegung des Tasters an einer Blende oder Innenverkleidung, wie einem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs. Der Träger ist beispielsweise aus einem Kunststoff, einem Metall oder einer metallischen Legierung, wie ZAMAK, ausgebildet. Der Taster weist erfindungsgemäß eine Taste als Eingabeteil auf, welche eine einem Bediener zugewandte Betätigungsfläche aufweist, welche zur händischen Berührung durch einen Bediener ausgebildet ist.
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Die Taste ist mittels Parallelführungsmitteln beweglich aus einer Ruhestellung entlang einer Betätigungsrichtung in eine betätigte Stellung bewegbar, beispielsweise in eine gedrückte, versenkte Stellung. Der Begriff Parallelführungsmittel impliziert, dass die Taste während der Verlagerung von der Ruhestellung in die betätigte Stellung derart geführt wird, dass die Betätigungsfläche im Wesentlichen ihre Ausrichtung beibehält, also eine Lage der Betätigungsfläche in der betätigten Stellung der Taste sowie in den Zwischenstellungen der Taste angestrebt und im Idealfall erreicht wird, die parallel zur Lage der Betätigungsfläche in der Ruhestellung der Taste ist.
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Erfindungsgemäß ist ein mit der Taste zusammenwirkendes Detektionsmittel vorgesehen, welches zumindest der Ruhestellung und der betätigten Stellung andere Funktionszustände zuordnet, beispielsweise ist das Detektionsmittel ausgelegt die Stellung der Taste berührungslos, wie optisch, kapazitiv oder induktiv zu detektieren. Bevorzugt ist ein elektromechanischer, mit der Taste zusammenwirkender Schalter vorgesehen, dessen Schaltzustand sich mit der Bewegung der Taste ändert, beispielsweise zumindest und spätestens mit der Einnahme einer der Stellungen, aus Ruhestellung und betätigte Stellung, durch die Taste wechselt.
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Die Parallelführungsmittel weisen erfindungsgemäß eine erste Blattfeder und eine zweite Blattfeder auf. Die erste Blattfeder ist am Träger und an der Taste befestigt. Die zweite Blattfeder ist ebenfalls am Träger und an der Taste festgelegt. Bevorzugt sind die erste und zweite Blattfeder freitragend befestigt, d.h. bis auf die Bereiche, an denen die Blattfedern am Träger beziehungsweise der Taste festgelegt sind, sind die erste und zweite Blattfeder nicht abgestützt und halten untereinander einen lichten Abstand ein. Die erste Blattfeder und zweite Blattfeder sind in Betätigungsrichtung übereinander angeordnet, beispielsweise einen lichten Abstand einhaltend gestapelt angeordnet. Erfindungsgemäß ist die erste Blattfeder monostabil und die zweite Blattfeder bistabil oder metastabil ausgebildet, so dass die Parallelführungsmittel im Zusammenwirken der ersten und zweiten Blattfeder eine Rückstellung der Taste in Richtung der und in die Ruhestellung bewirken und zumindest während der betätigenden Bewegung der Taste von der Ruhestellung in die betätigte Stellung eine Schnapphaptik erzeugt wird. Als metastabil wird eine Blattfeder verstanden, wenn sie neben einem stabilen Zustand einen metastabilen Zustand aufweist, wie es bei dem sogenannten „Knackfrosch“ der Fall ist. Unter Schnapphaptik wird ein Kraft-Weg-Verlauf mit Druckpunkt verstanden, dass also die der Betätigung entgegenwirkende und vom Bediener zu überwindende Rückstellkraft mit zunehmender Bewegung der Taste aus der Ruhestellung in die betätigte Stellung erst zu nimmt, dann ein erstes lokales Maximum, den sogenannten Druckpunkt, vor Erreichen der betätigten Stellung erreicht, um daraufhin abzufallen, ohne auf Null zu gehen. Nicht zwingend aber bevorzugt ist vorgesehen, dass dann vor Erreichen der betätigten Stellung oder spätestens mit Erreichen der betätigten Stellung die Rückstellkraft wieder zunimmt, da die Bewegung der Taste beanschlagt ist, beispielsweise durch die erste Blattfeder.
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Bevorzugt ist bei der Bewegung der Taste aus der betätigten Stellung zurück in der Ruhestellung ebenfalls eine Schnapphaptik wahrnehmbar, bei der die die Rückstellung bewirkende Rückstellkraft mit zunehmender Bewegung der Taste aus der betätigten Stellung in Richtung Ruhestellung erst zu nimmt, dann ein zweites lokales Maximum vor Erreichen der Ruhestellung erreicht, um daraufhin abzufallen. Bevorzugt zeigt sich dabei ein Hystereseverhalten, das heißt, die Auslenkung der Taste, bei der das lokale erste Maximum der Rückstellkraft erreicht ist, ist nicht identisch mit der Auslenkung der Taste, bei der das zweite lokale Maximum der Rückstellkraft erreicht ist. Bevorzugt ist die bezüglich der Ruhestellung bestimmte Auslenkung beim ersten lokalen Maximum größer als die Auslenkung beim zweiten lokalen Maximum. Anders ausgedrückt, wird die von der ersten, monostabilen Blattfeder bewirkte rückstellende Kraft/Weg-Verlauf durch die zweite, bistabile Blattfeder derart moduliert, dass der Rückstellung die Schnapphaptik „aufmoduliert“ wird. Durch die erfindungsgemäße Auslegung werden die die Schnapphaptik erzeugenden Mittel sowie die Rückstellmittel mit den Parallelführungsmittel konstruktiv zusammengeführt, wodurch Bauraum eingespart wird. Darüber hinaus wird durch die vergleichsweise hochbelastbaren Federn eine zuverlässige und haltbare Konstruktion für einen Taster erreicht. Darüber hinaus lässt sich leicht durch Auslegung der Blattfedern die Rückstellung sowie die Schnapphaptik einstellen, sowie der gesamte Taster beliebig skalieren. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste und zweite Blattfeder sternförmig ausgebildet und die Taste jeweils mittig an erster und zweiter Blattfeder festgelegt. Die erste und zweite Blattfeder kann jeweils mehrteilig ausgebildet sein, bevorzugt sind beide jeweils einteilig ausgebildet. Bevorzugt sind die erste und zweite Blattfeder jeweils als regulärer Stern ausgebildet. Zur Vermeidung einer mechanischen Überbestimmung sind die erste und zweite Blattfeder jeweils als dreistrahliger Stern ausgebildet.
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Zu Verbesserung der Parallelführung und zur Vermeidung einer Kollision zwischen erster und zweiter Blattfeder bei gleichzeitig besonders niedriger Bauhöhe sind diese um eine zur Betätigungsrichtung der Taste parallelen, gedachten Achse verdreht zueinander angeordnet. Beispielsweise sind die erste und zweite Blattfeder als reguläre Sterne ausgebildet und so angeordnet, dass die Strahlen der zweiten Blattfeder parallel zu den Winkelhalbierenden zwischen den Strahlen der ersten Blattfeder verlaufen.
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Bevorzugt kann die senkrechte Projektion auf einer zu Betätigungsrichtung orthogonalen Ebene der ersten Blattfeder, und die der zweiten Blattfeder zur Deckung gebracht werden. Anders ausgedrückt, wenn man von den sich aus den Krümmungsunterschieden ergebenden Abweichungen der Federn absieht, stimmen erste Blattfeder und zweite Blattfeder im Umriss überein.
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Bevorzugt unterscheiden sich erste und zweite Blattfeder wenigstens in der Federstärke. Beispielsweise weist die erste Blattfeder eine Federstärke von 0,15 mm auf, während die zweite Blattfeder eine Federstärke von 0,10 mm aufweist.
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Bevorzugt sind die erste und zweite Blattfeder in einem Durchbruch des Trägers angeordnet. Beispielsweise ist der Durchbruch kreisförmig ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bildet die erste Blattfeder den Anschlag für die Bewegung der Taste in der betätigten Stellung, so dass auf zusätzliche mechanische Beanschlagung, beispielsweise zwischen Träger und Taste verzichtet werden kann.
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Bevorzugt wird die erste Blattfeder im Wesentlichen auf Zug beansprucht.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass ausschließlich die erste Blattfeder die Ruhestellung vorgibt.
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Bevorzugt sind die erste und zweite Blattfeder als Stanzteil jeweils aus einem Federstahlblech hergestellt.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Tasters in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich bevorzugte Ausführungsvarianten dar. Es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tasters 1 in der Ruhestellung;
- 2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Tasters 1 aus 1 in der betätigten Stellung;
- 3 eine perspektivische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tasters 1;
- 4 eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tasters 1;
- 5 eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tasters 1;
- 6 eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tasters 1.
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1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tasters 1 in der Ruhestellung, wohingegen die 2 den Taster 1 aus 1 in der betätigten Stellung, d.h. in der durch den Bediener B maximal möglichen niedergedrückten Stellung zeigt. Der Taster 1 weist eine Taste 2 auf, die eine dem Bediener B zugewandte Betätigungsfläche 8 aufweist. Die Taste 2 ist mittels Parallelführungsmittel 4, 5, die eine erste Blattfeder 5 und eine zweite Blattfeder 4 umfassen, an einem Träger 3 entlang der in 2 gezeigten Betätigungsrichtung R beweglich geführt. Der Träger 3 seinerseits dient der Festlegung des Tasters 1 an einer nicht dargestellten Blende oder dergleichen. Der Träger 3 weist einen runden Durchbruch 10 auf, der von der Taste 2 durchgriffen wird. In dem Durchbruch 10 sind die erste Blattfeder 5 und die zweite Blattfeder 4 angeordnet. Die erste Blattfeder 5 und die zweite Blattfeder 4 sind in Aufsicht aus der Betätigungsrichtung jeweils als reguläre Sterne ausgebildet, wie anhand der 3 bis 6 später erläutert wird. Die erste Blattfeder 5 und die zweite Blattfeder 4 sind im Zentrum an der Taste 2 festgelegt und am Ende jedes Strahls der mehrstrahligen, ersten Blattfeder 5 und zweiten Blattfeder 4 am Träger 3 befestigt. Dabei überspannen die ersten Blattfeder 5 und die zweite Blattfeder 4 freitragend, d.h. ohne zusätzliche Abstützung den freien Raum im Durchbruch 10 zwischen der Taste 2 und dem Träger 3. Eine wechselseitige Kollision der ersten Blattfeder 5 und der zweiten Blattfeder 4 ist ausgeschlossen, da die erste Blattfeder 5 und die zweite Blattfeder 4 stets einen lichten Abstand einhaltend übereinander angeordnet sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die erste Blattfeder 5 und die zweite Blattfeder 4 sowohl am Träger 3 einen durch den trägerseitigen Abstandshalter 7 bereitgestellten Abstand einhaltend befestigt sind, als auch an der Taste 2 einen durch den tasterseitigen Abstandshalter 6 bereitgestellten Abstand einhaltend befestigt sind. Die Stellung der Taste 2 wird durch das Detektionsmittel 9 detektiert. Es handelt sich um einen elektromechanischen Schalter auf den die Taste 2 einwirkt um stellungsabhängig dessen Schaltzustand zu wechseln.
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Die obere im Ruhezustand des Tasters 1 gleichmäßig kuppelförmig gewölbte, zweite Blattfeder 4 ist bistabil ausgeführt und wird beim Niederdrücken in eine zweite stabile Lage bewegt, bei der sie S-förmig im Querschnitt verformt ist. Die erste Blattfeder 5 ist monostabil und wird im Wesentlichen beim Niederdrücken auf Zug beansprucht und bewirkt die Rückstellung der Taste 2 in die Ruhestellung, wobei die zweite Blattfeder 4 in ihre gleichmäßig kuppelförmige gewölbte Lage der 1 zurückverbracht wird. Die Parallelführungsmittel 4, 5, genauer die zusammenwirkende erste Blattfeder 5 und zweite Blattfeder 4, sorgen für die Rückstellung der Taste 2 in Richtung der Ruhestellung und letztlich in die Ruhestellung. Andererseits sorgen die Parallelführungsmittel 4, 5 dafür, dass die Taste 2 beziehungsweise die Betätigungsfläche 8 bei der niederdrückenden Betätigung im Wesentlichen ihre Ausrichtung beibehält die orthogonal zur Betätigungsrichtung R ist. Ferner bewirken sie während der betätigenden Bewegung der Taste 2 von der Ruhestellung in die betätigte Stellung eine Schnapphaptik. Unter Schnapphaptik wird ein Kraft-Weg-Verlauf mit Druckpunkt verstanden, dass also die der Betätigung entgegenwirkende und vom Bediener B zu überwindende Rückstellkraft mit zunehmender Bewegung der Taste 2 aus der Ruhestellung der 1 in die betätigte Stellung der 2 erst zu nimmt, dann ein erstes lokales Maximum, den sogenannten Druckpunkt, vor Erreichen der betätigten Stellung der 2 erreicht, um daraufhin abzufallen, ohne auf Null zu gehen. Vor Erreichen der betätigten Stellung oder spätestens mit Erreichen der betätigten Stellung nimmt die Rückstellkraft wieder zu, aufgrund der ersten Blattfeder 5. Ferner ist bei der Bewegung der Taste 2 aus der betätigten Stellung der 2 zurück in der Ruhestellung der 1 ebenfalls eine Schnapphaptik wahrnehmbar, bei der die die Rückstellung bewirkende Rückstellkraft mit zunehmender Bewegung der Taste 2 aus der betätigten Stellung in Richtung Ruhestellung erst zu nimmt, dann ein zweites lokales Maximum vor Erreichen der Ruhestellung erreicht, um daraufhin abzufallen. Dabei zeigt sich ein Hystereseverhalten, das heißt, die Auslenkung der Taste 2, bei der das lokale erste Maximum der Rückstellkraft beim Niederdrücken der Taste 2 erreicht ist, ist nicht identisch mit der Auslenkung der Taste, bei der das zweite lokale Maximum der Rückstellkraft bei der Rückstellung der Taste 2 erreicht ist. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, die im Wesentlichen derjenigen aus den 1 und 2 ähnelt, wobei hier die Blattfedern mittels der Schrauben 11 an der Taste 2 und am Träger 3 eingespannt und damit festgelegt sind.
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Die 3 bis 6 dienen der Veranschaulichung unterschiedlicher Konfigurationen der zur den Parallelführungsmitteln 4, 5 gehörigen ersten Blattfeder 5 und zweiten Blattfeder 4. Dabei unterscheiden sich die erste Blattfeder 5 und die zweite Blattfeder 4 in ihrer Federstärke, die bei der ersten Blattfeder 5 0,15 mm beträgt und bei der zweiten Blattfeder 0,10 mm beträgt. Ansonsten können die senkrechte Projektion auf einer zu Betätigungsrichtung R orthogonale Ebene der ersten Blattfeder 5 und die der zweiten Blattfeder 4 zur Deckung gebracht werden. Die Ausführungsformen der 4 und 5 zeigen eine erste Blattfeder 5 und zweite Blattfeder 4 jeweils in dreistrahliger Sternform, wobei bei der Ausführungsform gemäß 4 die erste Blattfeder 5 und zweite Blattfeder 4 zur Deckung gebracht, aber einen lichten Abstand einhaltend gestapelt angeordnet sind. Bei der Ausführungsform gemäß 5 sind die erste Blattfeder 5 und die zweite Blattfeder 4 bis auf ihre Federstärke identisch ausgebildet aber um eine zur Betätigungsrichtung parallele Achse 12 so verdreht zueinander angeordnet, dass die Strahlen der einen Blattfeder jeweils über einer gedachten, zwischen den Strahlen der anderen Blattfeder liegenden Winkelhalbierenden angeordnet sind. Die in 6 gezeigte weitere Ausführungsform weist eine erste Blattfeder 5 und zweite Blattfeder 4 auf, die als vierstrahlige, reguläre Sterne ausgebildet sind und zur Deckung gebracht, in Betätigungsrichtung übereinander gestapelt sind.
