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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement mit Rasthaptik und Stellungsdetektion. Es sind Drehsteller geläufig, bei denen eine Rasthaptik auf rein mechanischem Wege durch einen Eingriff einer elastisch vorgespannten Rastnase in eine Rastkontur, auch Rastkulisse genannt, mit dem Zweck bereitgestellt wird, dem Bediener ein haptisch wahrnehmbares Feedback bei der Verstellung zu geben. Dieses Feedback ergibt sich im Wesentlichen aufgrund der schwankenden Widerstandskraft, die dem Bediener bei der Verstellung des Betätigungsteils, wie dem Bedienknopf oder dem Bedienring eines Drehstellers, entgegenwirkt und welches der Bediener als ein Verrasten des Betätigungsteils an vorgegebenen Stellungen, den Raststellungen, haptisch zu erspüren vermag.
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Zur Stellungsdetektion des Betätigungsteils ist regelmäßig eine Auswerteelektronik vorgesehen, die Detektionsmittel zur berührungsbehafteten und berührungslosen Detektion der jeweiligen Stellung des Betätigungsteils beinhalten. Dadurch dass die Rasteinrichtung und die Detektionsmittel beim Stand der Technik konstruktiv separiert sind, fallen die bekannten Lösungen vergleichsweise wenig kompakt aus, was insbesondere nachteilig ist, wenn wenig Bauraum für die Mittel zur beweglichen Lagerung des Betätigungsteils zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn elektromechanische Bedienelemente zur leichteren haptischen Orientierung unmittelbar auf der oder unmittelbar angrenzend an die berührempfindliche Eingabefläche eines Touchpads oder eines Touchscreens gelagert werden, wie es derzeit als Bedienkonzept bei diversen Automobilherstellern beliebt ist.
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Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für ein Bedienelement mit vergleichsweise geringem Bauvolumen und hoher Integrationsdichte, das insbesondere eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement 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 zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement. Der Begriff „Bedienelement“ ist weit auszulegen und dient der Vornahme einer Bedieneingabe mittels eines bewegbaren Betätigungsteils im Rahmen einer Mensch-Maschine-Schnittstelle,
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Das erfindungsgemäße Bedienelement weist einen Träger auf. Der Träger dient der Festlegung des Bedienelements 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, oder Kombinationen daraus ausgebildet. Das Bedienelement weist erfindungsgemäß ein beweglich am Träger gelagertes Betätigungsteil, auch Eingabeteil genannt, auf, welches eine einem Bediener zugewandte Bedienfläche aufweist, welche zur händischen Berührung und Ergreifen durch einen Bediener ausgebildet ist. Das Betätigungsteil ist beispielsweise translatorisch entlang eines linearen Verstellwegs verschiebbar am Träger gelagert. Bevorzugt ist es drehbeweglich um eine zumindest imaginäre Achse am Träger gelagert und ist beispielsweise als Drehknopf oder Drehring ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist eine Rasteinrichtung zur Bewirkung einer Rasthaptik bei der händischen Verstellung des Betätigungsteils vorgesehen. Darunter wird ein vom Bediener haptisch wahrnehmbares Feedback verstanden, das sich im Wesentlichen aufgrund der schwankenden Widerstandskraft ergibt, die dem Bediener bei der Verstellung des Betätigungsteils, wie dem Bedienknopf oder dem Bedienring eines Drehstellers, entgegenwirkt und welches der Bediener als ein Verrasten des Betätigungsteils an vorgegebenen Stellungen, den Raststellungen, haptisch zu erspüren vermag.
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Die erfindungsgemäße Rasteinrichtung weist eine Rastkontur mit mehreren durch jeweils eine Rasterhebung separierte Rastsenken und eine gegen die Rastkontur elastisch vorgespannte Rastnase auf. Dabei wird die Rastnase entlang der Rastkontur bei der Verstellung des Betätigungsteils verfahren oder es wird die Rastkontur über die Rastnase verfahren, je nachdem, wo die Rastnase festgelegt ist, am Träger oder am Betätigungsteil, um jeweils bei einer der mehreren Raststellungen des Betätigungsteils in eine der Rastsenken einzugreifen und zu verrasten. Beispielsweise ist die eine Rastnase mittels einer Spiralfeder gegen die Rastkontur vorgespannt.
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Erfindungsgemäß ist ferner eine Auswerteelektronik zur Stellungsdetektion des Betätigungsteils vorgesehen. Erfindungsgemäß ist ferner eine Leiterplatte vorgesehen, auf der wenigstens teilweise die Auswertelektronik angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist die Rastkontur an einer Schmalseite der Leiterplatte ausgebildet, die wenigstens Teile, bevorzugt wesentliche Bestandteile, der Auswertelektronik trägt. Bevorzugt ist das Bedienelement ein Drehsteller, d.h. das Betätigungsteil ist um eine imaginäre Achse drehbeweglich gelagert, wobei die Achse einen in der Leiterplatte ausgebildeten Durchbruch durchgreifend angeordnet ist. Als Schmalseite wird beispielsweise eine Seite der Leiterplatte verstanden, die orthogonal zu der die Leiterbahnen tragenden Schicht bzw. Schichten steht. Bevorzugt bildet die Leiterplatte einen annähernd kreisförmigen Durchbruch aus, dessen umlaufende Innenumfangsfläche durch eine durch die Rastkontur oberflächenstrukturierte und dadurch annähernd zylinderförmige Fläche beschrieben werden kann.
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Dadurch, dass die die Auswertelektronik tragende Leiterplatte ferner die Rastkontur bereitstellt, wird Bauraum eingespart. In einer Ausgestaltung ist die Leiterplatte am Betätigungsteil festgelegt, während die Rastnase am Träger festgelegt ist. Bei einer kinematisch umgekehrten Auslegung ist die Leiterplatte am Träger festgelegt, während die Rastnase am Betätigungsteil festgelegt ist. Beispielsweise sind auf der Leiterplatte Elektroden- oder Spulenstrukturen zur kapazitiven oder induktiven Stellungsdetektion vorgesehen, die beispielsweise als Stellungsgeber zur Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Messfeld dienen oder zur Erzeugung des oder der elektromagnetischen Messfelder dienen. Auf der Leiterplatte ist beispielsweise ferner eine Schnittstelle zur Verbindung der Leiterplatte mit einem BUS-System, wie dem LIN-Bus, vorgesehen.
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Bevorzugt bildet die Rastkontur für jede Raststellung zwei elektrisch leitende Kontaktflächen aus, die über die Rastnase berührkontaktiert und somit elektrisch leitend verbunden werden, falls die Rastnase sich in der entsprechenden Raststellung befindet und somit die Einnahme eines Schaltzustands bewirkt, der durch die Auswertelektronik detektiert wird, um eine Stellungsinformation auszugeben. Als Schaltzustand wird die elektrisch leitend Verbindung zwischen den zwei elektrisch leitendem Kontaktflächen mittels der Rastnase verstanden. Dadurch wird vergleichsweise einfach und bauraumsparend eine die wesentlichen Elemente der Stellungsdetektion und der Rasthaptikerzeugung in sich vereinende Ausgestaltung eines Bedienelements erreicht.
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Bevorzugt ist jede der Kontaktflächen auf der sich zwischen einer Rastsenke und einer zur Rastsenke nächstbenachbarten Rasterhebung erstreckenden Flanke der Rastkontur ausgebildet, ohne sich beispielsweise in den tiefsten Punkt der Rastsenke zu erstrecken und/oder den höchsten Punkt der Rasterhebung zu erreichen.
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Bevorzugt erstrecken sich die Kontaktflächen jeweils über eine Rasterhebung von einer zu einer nächstbenachbarten Flanke, um die Anzahl der elektrisch leitenden Kontaktflächen und den Verdrahtungsaufwand zu reduzieren. Um gegebenenfalls Zwischenstellungen des Betätigungsteils mittels der Auswertelektronik detektieren zu können, kann vorgesehen sein, dass die Kontaktflächen ausschließlich auf den Flanken angeordnet sind und somit die Rastnase bei Überfahren der Rasterhebung den elektrisch leitenden Berührkontakt zu den elektrisch leitenden Kontaktflächen verliert, was zur Detektion einer Zwischenstellung verwendet werden kann. Als Zwischenstellung wird eine Stellung des Betätigungsteils außerhalb der durch die Rasteinrichtung vorgegebenen Raststellungen, beispielsweise zwischen den Raststellungen, verstanden.
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Bevorzugt sind mehrere Rastnasen vorgesehen, um beispielsweise redundant die Einnahme einer Raststellung durch das Betätigungsteil und/oder Zwischenstellungen des Betätigungsteils detektieren zu können.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind eine oder mehrere Zwischenstellungen mittels der Auswertelektronik dadurch detektierbar, dass in der Zwischenstellung die mehreren Rastnasen zueinander räumlich entfernte Kontaktflächen berührkontaktieren. Unter räumlich entfernten Kontaktflächen werden solche Kontaktflächen verstanden, zwischen denen mindestens eine Rastsenke, räumlich angeordnet ist, wenn dem Verlauf der Rastkontur gefolgt wird. Bevorzugt kontaktieren die Rastnasen maximal zueinander beabstandet angeordnete Kontaktflächen, Beispielsweise sind bei einem um eine Achse drehbeweglichen Betätigungsteil die zwei Rastnasen bezüglich der Achse diametral gegenüberliegend platziert.
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Zur Minimierung von ohmschen Verlusten bei der elektrisch leitenden Berührkontaktierung zwischen der Rastnase und den jeweiligen beiden Kontaktflächen bei dem in der Raststellung befindlichen Betätigungsteil, also zur Verbesserung des Übergangswiderstandes, ist der Eingriff zwischen Rastnase und Rastkontur so ausgebildet, dass in der Raststellung die Rastnase ausschließlich an den Flanken in Berührkontakt mit der Rastkontur steht, also beispielsweise die Rastnase mit Übermaß in die durch zwei gegenüberliegende Flanken gebildete Rastsenke eingreift.
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Bevorzugt weist die Rastnase eine teilzylindrische Berührfläche für den Berührkontakt mit der Rastkontur auf. Beispielweise ist die Rastkontur sinusförmig ausgebildet.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Bedienelements 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 schematische und perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1;
- 2 eine perspektivische Detailansicht des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 aus 1;
- 3 eine weitere, perspektivische Detailansicht des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 aus 1;
- 4a eine weitere Detailansicht des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 aus 1;
- 4b eine weitere Detailansicht des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 aus 1;
- 5 eine schematische, perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1;
- 6 eine perspektivische Detailansicht des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 aus 5.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1. Das Bedienelement 1 weist einen Drehknopf als Betätigungsteil 3 auf. Das Betätigungsteil 3 ist mittels Lagerungsmittel 14 drehbeweglich um eine virtuelle Achse D an einem Träger 2 gelagert. Der Träger 2 seinerseits dient der Festlegung des Bedienelements 1 an einer nicht dargestellten Blende, Innenverkleidung eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen. Bei dem Träger 2 handelt es sich beispielsweise um einen Touchscreen oder Touchpad, auf deren berührempfindlicher Eingabefläche das Betätigungselement 2 drehbeweglich gelagert ist. Beispielsweise ist das Lagerungsmittel 14 stoff- oder kraftschlüssig mit der berührempfindlichen Eingabefläche des Touchscreens oder Touchpads verbunden. Zur Bereitstellung einer bei der händischen Verstellung des Betätigungsteils 3 wirkenden und haptisch merkbaren Rasthaptik ist eine Rasteinrichtung 4, 5, 6 vorgesehen. Diese weist eine Rastkontur 4 und wenigstens eine gegen die Ratskontur 4 mittels einer Spiralfeder 6 elastisch vorgespannte Rastnase 5 auf. Bei der ersten, in der 1 gezeigten Ausführungsform sind zwei bezüglich der Drehachse D diametral gegenüberliegende Rastnasen 5 vorgesehen. Diese laufen bei einer händischen Verstellung des Betätigungsteils 3 auf der Rastkontur 4 ab. Die Rastkontur 4 weist in periodischer Abfolge Rastsenken 12 auf, deren Abfolge jeweils durch eine Rasterhebungen 11 unterbrochen ist, der dazwischen liegende Abschnitt wird als Flanke 13 bezeichnet. Wie aus 1 zu erkennen ist, wird die Rastkontur 4 durch eine Schmalseite eines in einer Leiterplatte 7 ausgebildeten Durchbruchs 8 bereitgestellt. Die virtuelle Achse D ist dabei diesen Durchbruch zentrisch durchgreifend angeordnet. Wie aus 2 ferner ersichtlich, bildet die Rastkontur 4 elektrisch leitend Kontaktflächen 10, 10' aus, die sich jeweils zwischen einer Rastsenke 12 entlang einer Flanke 13 über die zur Rastsenke 12 nächstbenachbarte Rasterhebung 11 über die benachbarte Flanke 13 bis annähernd zur nächstbenachbarten Rastsenke 12 erstreckt. Am tiefsten Punkt der Rastsenke 12 liegen sich benachbarte, elektrisch leitende Kontaktflächen 10, 10' isoliert zueinander gegenüber und sind so ausgebildet, dass die in der Raststellung befindliche Rastnase 5, die eine halbzylindrische Berührfläche ausbildet, in Berührkontakt mit beiden elektrisch leitenden Kontaktflächen 10, 10' steht und somit die beiden Kontaktflächen 10, 10' kurzgeschlossen werden. Um eine zuverlässige Kontaktierung zu gewährleisten, ist die Rastnase 5 nicht formschlüssig sondern mit Übermaß in der Rastsenke 12 aufgenommen. Vielmehr sorgt die wechselseitige Ausgestaltung von Rastnase 5 und Rastkontur 4 dafür, dass in der Raststellung die Rastnase 5 ausschließlich an den Flanken 13 in Berührkontakt mit der Rastkontur 4 steht. Der sich in der jeweiligen Raststellung ergebende Schaltzustand zwischen benachbarten, elektrisch leitenden Kontaktflächen 10, 10' ist durch eine Auswertelektronik 9 detektierbar, die ebenfalls auf der Leiterplatte 7 angeordnet ist. Dabei dient die Leiterplatte 7 der Bereitstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Auswertelektronik 9 und den jeweiligen elektrisch leitenden Kontaktflächen 10, 10'.
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Das Schließen der elektrischen Verbindung zwischen den beiden nächstbenachbarten elektrisch leitenden Kontaktflächen 10, 10' wird anhand der 3 und 4a näher verdeutlicht. Befindet sich das Betätigungsteil 3 außerhalb der durch jeweilige Rastsenke 12 definierten Raststellung, wie in 4b gezeigt, werden eben nicht unmittelbar benachbarte, elektrisch leitende Kontaktflächen 10, 10' über die Rastnase miteinander verbunden, sondern über die zwei elektrisch leitend verbundenen Rastnasen 5, deren Berührkontakt mit der Rastkontur 4 nun im Bereich der Rasterhebungen 11 liegt, werden zwei diametral gegenüberliegende Kontaktflächen elektrisch leitend miteinander verbunden. Dies wird durch die Auswertelektronik 9 genutzt, um Zwischenstellungen des Betätigungsteils 3 zu detektieren. Die 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1. Das Betätigungsteil 3 ist auch hier mittels Lagerungsmittel 14 drehbeweglich um eine virtuelle Achse D an einem Träger 2 gelagert. Der Träger 2 seinerseits dient der Festlegung des Bedienelements 1 an einer nicht dargestellten Blende, Innenverkleidung eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen. Bei dem Träger 2 handelt es sich beispielsweise um einen Touchscreen oder Touchpad, auf dessen berührempfindlicher Eingabefläche das Betätigungselement 2 drehbeweglich gelagert ist. Beispielsweise ist das Lagerungsmittel 14 stoff- oder kraftschlüssig mit der berührempfindlichen Eingabefläche des Touchscreens oder Touchpads verbunden.
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Zur Bereitstellung einer bei der händischen Verstellung des Betätigungsteils 3 wirkenden und haptisch merkbaren Rasthaptik ist eine Rasteinrichtung 4, 5, 6 vorgesehen. Diese weist eine Rastkontur 4 und wenigstens eine gegen die Ratskontur 4 mittels einer Spiralfeder 6 elastisch vorgespannte Rastnase 5 auf. Bei der zweiten Ausführungsform ist lediglich eine bezüglich der Drehachse D radial nach außen in Richtung Rastkontur 4 mittels Feder 6 vorgespannte Rastnase 5 vorgesehen. Diese läuft bei einer händischen Verstellung des Betätigungsteils 3 auf der Rastkontur 4 ab. Die Rastkontur 4 weist in periodischer Abfolge Rastsenken 12 auf, deren Abfolge jeweils durch eine Rasterhebungen 11 unterbrochen ist. Der dazwischen liegende Abschnitt wird als Flanke 13 bezeichnet. Wie aus 5 zu erkennen ist, wird die Rastkontur 4 hier ebenfalls durch eine Schmalseite der Leiterplatte 7, nämlich durch den Innenumfang eines in einer Leiterplatte 7 ausgebildeten Durchbruchs 8 bereitgestellt. Die virtuelle Achse D ist dabei diesen Durchbruch zentrisch durchgreifend angeordnet. Wie aus 6 ferner ersichtlich, bildet die Rastkontur 4 elektrisch leitend Kontaktflächen 10, 10' aus, die sich jeweils zwischen einer Rastsenke 12 entlang einer Flanke 13 und bis zu einer benachbarten Rasterhebung 11 aber nicht über die zur Rastsenke 12 nächstbenachbarte Rasterhebung 11 hinaus erstreckt. Am tiefsten Punkt der Rastsenke 12 als auch an der Rasterhebung 11 liegen sich benachbarte, elektrisch leitende Kontaktflächen 10, 10' isoliert zueinander gegenüber und sind so ausgebildet, dass die in der Raststellung befindliche Rastnase 5, die eine halbzylindrische Berührfläche ausbildet, in Berührkontakt mit beiden elektrisch leitenden Kontaktflächen 10, 10' steht und somit die beiden Kontaktflächen 10, 10' kurzgeschlossen werden. Um eine zuverlässige Kontaktierung zu gewährleisten, ist die Rastnase 5 nicht formschlüssig sondern mit Übermaß in der Rastsenke 12 aufgenommen.
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Vielmehr sorgt die wechselseitige Ausgestaltung von Rastnase 5 und Rastkontur 4 dafür, dass in der Raststellung die Rastnase 5 ausschließlich an den Flanken 13 in Berührkontakt mit der Rastkontur 4 steht. Der sich in der jeweiligen Raststellung ergebende Schaltzustand zwischen benachbarten, elektrisch leitenden Kontaktflächen 10, 10' ist durch eine Auswertelektronik 9 detektierbar, die ebenfalls auf der Leiterplatte 7 angeordnet ist. Dabei dient die Leiterplatte 7 der Bereitstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Auswertelektronik 9 und den jeweiligen elektrisch leitenden Kontaktflächen 10, 10'.
