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Die Erfindung betrifft eine Schaltbedienanordnung insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Zum Erzeugen eines Schaltsignals bzw. allgemein zur Ermittlung einer Position entlang eines jeweiligen Betätigungsweges wird in diesen Dokumenten jeweils vorgesehen, entweder durch Kraft auf einen mechanischen Schalter einzuwirken oder eine durch die Bewegung eines Magneten verursachte Induktivitätsänderung zu erfassen.
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Die jeweils relativ zu einer Basis bewegbaren Bedienelemente sind im Stand der Technik durch zusätzliche Führungsmittel bezüglich der möglichen Bewegung an der Basis geführt.
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Dadurch, dass für die Aufnahme der Bedienelemente an der Basis jeweilige Führungen und zusätzlich Schaltanordnungen zum Erzeugen eines Schaltsignals vorgesehen sind, sind die im Stand der Technik vorgeschlagenen Schaltbedienanordnungen nicht nur komplex und teuer, sondern benötigen auch vergleichsweise viel Bauraum.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine einfach aufgebaute sowie platz- und kostensparsame Schaltbedienanordnung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Schutzanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Schaltbedienanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Sockel und einem Bedienelement vorgeschlagen. Der Sockel ist beispielsweise in einem Interieur und insbesondere an einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs befestigbar. Das Bedienelement ist durch eine auf das Bedienelement und insbesondere durch eine auf eine Betätigungsfläche des Bedienelements aufgebrachte Betätigungskraft relativ zu dem Sockel aus einer ersten unbetätigten Stellung vorzugsweise linear entlang einer Stellstrecke in eine Betätigungsrichtung in eine zweite betätigte Stellung verschiebbar. Zudem kann die Schaltbedienanordnung derart ausgebildet sein, dass das Bedienelement durch eine zweite Betätigungskraft, welche entgegengesetzt zu der ersten Betätigungskraft auf das Bedienelement wirkt, aus der ersten Stellung in eine der ersten Betätigungsrichtung entgegengesetzten zweiten Betätigungsrichtung in eine dritte Stellung verschiebbar ist. Das Bedienelement ist vorzugsweise ausschließlich über zwei zueinander in Betätigungsrichtung beabstandete flächige und elastisch verformbare Koppelelemente mit dem Sockel verbunden, durch welche das Bedienelement im Wesentlichen linear entlang der Stellstrecke geführt ist und welche ausgebildet sind, sich bei einer Verschiebung des Bedienelements aus der ersten Stellung entlang der Stellstrecke in die zweite Stellung elastisch zu verformen und eine an dem Sockel abgestützte und der Verschiebung entgegenwirkende Rückstellkraft auf das Bedienelement auszuüben. Als flächig wird dabei insbesondere verstanden, dass die Koppelelemente jeweils eine Längen-, Breiten- und Dickenerstreckung aufweisen, wobei die Längenerstreckung größer als die Breitenerstreckung und deutlich größer als die Dickenerstreckung ist. Bei der elastischen Verformung kommt es insbesondere zu einer Biegung in Richtung der Dickenerstreckung bzw. in Dickenrichtung, sodass also das unbetätigte und dabei ebene Koppelelement durch die Verschiebung in eine konvexe bzw. konkave Form gebogen wird, aus welcher es sich durch seine Elastizität ohne die von außen einwirkende Betätigungskraft wieder in die ebene Form zurückverformt. Ferner ist vorgesehen, dass an zumindest einem der Koppelelemente ein dessen Verformung messender Verformungssensor angeordnet ist oder zumindest eines der Koppelelemente integral als Verformungssensor ausgebildet ist. Der Verformungssensor ist dabei ausgebildet, die Verformung des Koppelelements an welchem er angeordnet ist bzw. seine Verformung, wenn er ein Koppelelement bildet bzw. integral mit diesem ausgebildet ist, bei der Verschiebung des Bedienelements zu messen und aus der Verformung eine Position des Bedienelements entlang der Stellstrecke und/oder die zu der Verschiebung führende Betätigungskraft zu bestimmen und/oder ein Schaltsignal zum Schalten einer Funktion zu erzeugen.
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Hierfür kann der Verformungssensor eine Auswerteeinheit aufweisen, welche unmittelbar an bzw. in dem Koppelement vorgesehen oder mit einem an dem Koppelelement angeordneten oder als Koppelement ausgebildeten Messaufnehmer des Verformungssensors verbunden sein kann.
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Die vorliegend vorgeschlagene Schaltbedienanordnung kann als eine Weiterentwicklung der von der
EP 16 707 659 A vorgeschlagenen Schaltbedienanordnung betrachtet werden, deren gesamte Offenbarung daher in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird. Dabei können die von der
EP 16 707 659 A vorgeschlagenen elastischen Elemente mit den vorliegenden Koppelementen gleichgesetzt werden, welche entsprechend deren Merkmale aufweisen können. Abweichend von der vorliegenden Erfindung lehrt die
EP 16 707 659 A jedoch, dass als Sensor zusätzliche Drucktaster oder dergleichen vorgesehen sind.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung kann dahingehend zusammengefasst werden, dass zumindest eines der Koppelelemente, durch welche Bedienelement und Sockel aneinandergehalten und aneinander geführt werden, zugleich als Sensor bzw. Teil des auf einer Verformung basierenden Sensors verwendet werden kann.
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Kann das Bedienelement relativ zu dem Sockel entlang der Stellstrecke in zwei entgegengesetzte Betätigungsrichtungen ausgelenkt werden, sodass das Bedienelement also aus der ersten Stellung in die zweite und die dritte Stellung bringbar ist, kann zudem besonders vorteilhaft mit dem einen Verformungssensor die Position oder Kraft entlang der gesamten Stellstrecke d.h. von der ersten Stellung in die zweite Stellung und von der ersten Stellung in die dritte Stellung erfasst und mithin auch das Erreichen der ersten, zweiten und dritten Stellung bestimmt werden. Ist ein später erläuterter Aktor als haptischer Feedbackgeber vorgesehen, kann mit diesem sowohl das Erreichen der zweiten als auch dritten Stellung angezeigt werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Bedienelement vorzugsweise ausschließlich durch die zwei Koppelelemente linear entlang der Stellstrecke geführt und insbesondere gegen eine Verschiebung quer zu der Stellstrecke gesichert ist.
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Der Verformungssensor kann als ein Verformungsmessstreifen oder eine Leiterplatte ausgebildet sein bzw. einen Verformungsmessstreifen oder eine Leiterplatte als Messaufnehmer aufweisen. Der Verformungsmessstreifen kann beispielsweise auf einem beispielsweise aus Kunststoff oder einem Federblech gebildeten Koppelelement aufgebracht und insbesondere aufgeklebt sein. Alternativ kann die Leiterplatte auf einem solchen Koppelelement aufgebracht, geklebt oder mit diesem verschraubt sein oder das Koppelelement bilden, wofür dann die Leiterplatte selbst elastisch ausgebildet ist.
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Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Koppelelemente jeweils zwei orthogonal zu der Stellstrecke voneinander entlang einer Längsachse des jeweiligen Koppelelements beabstandete Endabschnitte und einen dazwischen angeordneten Mittelabschnitt aufweisen. Zumindest einer der Endabschnitte ist an dem Sockel und der Mittelabschnitt an dem Bedienelement gelagert. Alternativ ist zumindest einer der Endabschnitte an dem Bedienelement und der Mittelabschnitt an dem Sockel gelagert. Ferner kann auch nur eines der Koppelelemente eine der Alternativen und das andere Koppelelement die jeweils andere Alternative verwirklichen.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der Koppelelemente und insbesondere das Koppelelement, welches den Verformungssensor aufweist oder diesen bildet, an seinen Endabschnitten jeweils in Entkopplungshülsen eingesteckt ist, welche um eine Drehachse drehbar an dem Sockel oder dem Bedienelement fixiert sind, wobei die Drehachse orthogonal zu der Längsachse und zu der Stellstrecke verläuft. Sind die Endabschnitte an dem Sockel oder dem Bedienelement fest eingespannt, kann es durch die Verformung an dem Koppelelement zu Scherkräften kommen. Dadurch dass sich die Entkopplungshülsen bei der Verformung um die jeweiligen Drehachsen drehen können, richten diese sich mit der Verformung an dem sich verformenden Koppelement aus, so dass es zu deutlich geringeren oder keinen Scherkräften auf das Koppelelement kommt. Dadurch kann die Messgenauigkeit und Lebensdauer des Koppelelements und ggfs. des Verformungssensors erhöht werden.
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An dem Bedienelement und insbesondere in Betätigungsrichtung zwischen den Koppelelementen kann ein Aktor angeordnet sein, welcher ausgebildet ist, ein an dem Bedienelement wahrnehmbares haptisches Feedback zu erzeugen. Ein solcher Aktor kann beispielsweise ein mit einer Unwucht beaufschlagter Rotor sein. Dadurch, dass das Bedienelement entlang der Betätigungsrichtung bzw. entlang der Stellstrecke geführt und vorzugsweise gegen eine Verschiebung bzw. Bewegung in eine dazu orthogonale Richtung gesichert ist, überträgt sich die Bewegung bzw. das haptische Feedback des Aktors entlang der Betätigungsrichtung auf das Bedienelement.
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Vorteilhaft ist insbesondere, wenn der Verformungssensor und der Aktor signaltechnisch verbunden und ausgebildet sind, beim Erreichen einer vorbestimmten Betätigungskraft und/oder einer vorbestimmten Position ein haptisches Feedback zu erzeugen. Dadurch kann dem Benutzer, welcher die Betätigungskraft auf das Bedienelement aufbringt, das Erreichen einer bestimmten Position oder einer bestimmten Kraft angezeigt werden. Insbesondere, wenn beim Erreichen der bestimmten Kraft oder der bestimmten Position ein Schaltsignal erzeugt wird, kann dem Benutzer dadurch zugleich das Auslösen des Schaltsignals bzw. einer damit verbundenen Funktion angezeigt werden.
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Zumindest eines der zwei Koppelelemente kann zudem einstückig und/oder einteilig mit dem Bedienelement oder dem Sockel ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Koppelelement mit dem Bedienelement oder mit dem Sockel im Spritzgussverfahren hergestellt sein.
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Um eine zu starke Verformung und eine damit gegebenenfalls einhergehende Beschädigung der Koppelelemente zu vermeiden, kann der Sockel und/oder das Bedienelement zudem einen Anschlag aufweisen, durch welchen die relative Verschiebbarkeit von Sockel und Bedienelement entlang der Stellstrecke begrenzt ist.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 perspektivische Ansicht einer Schaltbedienanordnung;
- 2 Explosionsdarstellung einer Schaltbedienanordnung;
- 3 alternative Variante eines Verformungssensors;
- 4 Schnittansicht durch eine Schaltbedienanordnung;
- 5 schematisches Prinzip der Schaltbedienanordnung.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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Insbesondere die 1, 2 und 4 stellen eine Schaltbedienanordnung 1 in verschiedenen Ansichten dar, sodass die jeweilige Beschreibung entsprechend auf alle der Figuren übertragbar ist. In 3 ist eine alternative Variante eines Verformungssensor 33 bzw. ein Koppelelement 30 mit darauf angeordnetem Verformungssensor 33 dargestellt, wie er bei einer Schaltbedienanordnung 1 gemäß den 1, 2 und 4 verwendbar ist. 5 stellt das grundlegende Funktionsprinzip der durch die Koppelelemente 30 gebildete Führung und deren damit verbundene Verformung dar, sodass die Beschreibung analog auf die 1 bis 4 übertragbar ist.
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In 1 ist eine Schaltbedienanordnung 1 dargestellt. Diese weist ein vorzugsweise aus Kunststoff bestehendes Bedienelement 20 auf, wobei ein Teil des Bedienelements eine Betätigungsfläche 22 ist, auf welche eine Betätigungskraft 2 aufbringbar ist. Vorliegend ist das Bedienelement 20 einteilig und insbesondere durch Kunststoffspritzguss hergestellt. Alternativ kann das Bedienelement jedoch auch mehrteilig ausgeführt sein, sodass beispielsweise der die Betätigungsfläche 22 aufweisende Abschnitt aus einem anderen Material oder mit einem anderen Herstellungsverfahren bereitgestellt werden kann.
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Der Benutzer kann durch manuelles Einwirken auf die Betätigungsfläche 22 d.h. durch Aufbringen der Betätigungskraft 2 auf das Bedienelement 20 das Bedienelement 20 entlang der Stellstrecke X gegenüber dem Sockel 10 auslenken, welcher beispielsweise an einem Lenkrad des Fahrzeugs fixiert sein kann, und die Schaltbedienanordnung 1 dadurch bestimmungsgemäß bedienen.
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Vorliegend ist die Schaltbedienanordnung 1 lediglich zu einer Auslenkung von der ersten Stellung A in die zweite Stellung B und der darauf folgenden Rückstellung in die erste Stellung A ausgebildet. Der Vollständigkeit halber wir jedoch darauf hingewiesen, dass die Schaltbedienanordnung 1 auch ausgebildet sein kann, durch das Aufbringen einer zweiten Betätigungskraft 3 auf eine der Betätigungsfläche 22 gegenüberliegenden Fläche 23 in eine dritte Stellung ausgelenkt zu werden, wobei die hierfür notwendige zweite Betätigungskraft 3 und eine Position entlang der Stellstrecke X ebenfalls von dem im Weiteren erläuterten Verformungssensor 33 erfassbar sind.
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Mit einer erfindungsgemäßen Schaltbedienanordnung 1 lassen sich am Lenkrad verschiedenste Funktionen des Fahrzeugs steuern, wie beispielsweise der Tempomat. Die manuelle Betätigung durch die Betätigungskraft 2 resultiert in einem minimalen Hub bzw. in einer minimalen Bewegung entlang der Stellstrecke X, welche von einem Verformungssensor 33 detektiert wird.
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Anhand des zurückgelegten Weges entlang der Stellstrecke X kann die Betätigungskraft 2 ermittelt werden. Nach Erreichen einer bestimmten Kraftschwelle wird durch einen Aktor 40 ein haptisches Feedback erzeugt um die erfolgreiche Betätigung zu signalisieren.
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Hierbei wird die Führung des Bedienelements 20 und die Sensierung der Kraftschwelle d.h. der Verformungssensor 33 miteinander gekoppelt. Die Führung erfolgt durch zwei elastische Koppelelemente 30, diese sind in den 2 bis 5 dargestellt. Eine erstes Koppelelement 30 ist vorliegend als Teil des Bedienelements 20 ausgebildet. Alternativ kann dieses Koppelelement 30 jedoch auch als separates Teil oder als Teil des Sockels 10 vorgesehen sein. Das zweite Koppelelement 30 ist als eine separate Komponente vorgesehen und durch Entkopplungshülsen 34 an dem Bedienelement 20 befestigt. Beide Koppelelemente 30 sind derart gestaltet, dass sie entlang der Richtung der Betätigungskraft 2 bzw. entlang der Stellstrecke X elastisch verformt und dadurch abschnittsweise ausgelenkt werden können. In die zu der Stellstrecke X orthogonalen Richtungen, ist die Beweglichkeit des Bedienelements 20 relativ zu dem Sockel 10 durch die Koppelelemente 30 insbesondere aufgrund der flächigen Erstreckung der Koppelelemente 30 stark eingeschränkt bzw. unterbunden. Die Koppelelemente 30 ermöglichen daher im Wesentlichen ausschließlich eine Bewegung entlang der Stellstrecke X, sodass die Koppelelemente 30 die Führung des Bedienelements 20 an dem Sockel 10 bilden. Durch die flächige Erstreckung der Koppelelemente 30 ergibt sich, dass die Länge entlang der Längsachse L und die Breite der Koppelelemente 30 jeweils um eine mehrfaches größer ist, als die Erstreckung in Dickenrichtung, welche in etwa parallel zu der Stellstrecke X verläuft. Dadurch kann eine Verkippung der Koppelelemente 30 vermieden und somit eine lineare Bewegung entlang der Stellstrecke X ermöglicht werden.
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Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zumindest eines der Koppelelemente 30 bzw. die daran bei der Bewegung entlang der Stellstrecke X stattfindende Verformung erfasst und aus der Verformung die zu der Bewegung führende Betätigungskraft und/oder die Position entlang der Stellstrecke X bestimmt wird.
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In 2 ist das in der darstellungsebene obere bzw. zweite Koppelelement 30 als eine Leiterplatte ausgebildet, welche integral den Verformungssensor 33 bildet. Mit Verweis auf 3 kann auch vorgesehen sein, dass auf das Koppelement 30 alternativ auch ein zusätzlicher beispielsweise durch einen Dehnungsmessstreifen gebildeter Verformungssensor 33 aufbringbar ist. Ist der Verformungssensor 33, wie in 3 separat von dem Koppelelement 30 vorgesehen, kann das Koppelelement 30 auch integral durch den Sockel 10 oder das Bedienelement 20 gebildet werden, wie es bei dem in der Darstellungsebene unteren Koppelelement 30 in 2 bzw. 4 der Fall ist.
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Unabhängig davon, ob der Verformungssensor 33 integral als das (in der Darstellungsebene der 2 bis 5 obere) Koppelelement 30 oder als zusätzliches auf das Koppelelement 30 aufgebrachtes Bauteil vorgesehen ist, kann durch den Verformungssensor 30 die durch die Betätigungskraft 2 an dem Koppelement 30 stattfindende Verformung erfasst werden. Anhand der Verformung lässt sich wiederum die Betätigungskraft 2 berechnen.
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Hierfür kann in den Verformungssensor 33 eine Auswerteeinheit integriert oder der Verformungssensor mit einer Auswerteeinheit verbunden sein. Da Führung und Sensorik gekoppelt sind, ist es unerheblich an welchem Punkt der Betätigungsfläche 22 die Einleitung der Betätigungskraft 2 erfolgt. An allen Position der Betätigungsfläche 22 kann die Betätigungskraft 2 über den Verformungssensor 33 aufgenommen werden, da jede Betätigung zu einer Bewegung entlang der Stellstrecke X führt.
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Wie insbesondere in den 3 und 4 dargestellt, ist zwischen den elastischen Koppelelementen 30 ein Aktor 40 angeordnet, welcher fest mit dem Bedienelement 20 verbunden ist, sodass eine von dem Aktor 40 erzeugte Bewegung auf das Bedienelement 20 übertragen wird, welcher sich aufgrund der Führung der Koppelelemente 30 dann entlang der Stellstrecke X bewegt bzw. vibriert. Wird durch den Verformungssensor 33 beispielsweise das Erreichen einer zuvor definierten Kraftschwelle erkannt, kann der Aktor 40 aktiviert und dadurch ein haptisches Feedback für den Bediener erzeugt werden.
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Das Bedienelement 20 weist zudem einen sich zwischen die Koppelelemente 30 erstreckenden Abschnitt auf, welcher integral ein Gehäuse zur Aufnahme des Aktors 40 bildet.
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Bei der Dargestellten Variante der Schaltbedienanordnung 1 ist zudem vorteilhaft, dass das Bedienelement 20 sich abschnittsweise in den ein Gehäuse bildenden Sockel 10 hinein erstreckt. Dadurch wird durch das Bedienelement 20 integral ein Anschlag 21 gebildet, welcher an einer Innenseite des von dem Sockel 10 gebildeten Gehäuses zur Anlage kommen kann und dadurch die Bewegung des Bedienelements 20 an dem Sockel 10 begrenzt.
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In 5 sind die zueinander beabstandeten Koppelemente 30 unverformt und (gestrichelt) verformt dargestellt. Gemäß der in den 1 bis 4 dargestellten Variante, ist das in der Darstellungsebene jeweils obere Koppelelement 30 mit seinen Endabschnitten 31 an dem Bedienelement 20 und mit seinem Mittelabschnitt 32 an dem Sockel 10 gelagert bzw. verbunden. Das in der Darstellungsebene jeweils untere Koppelelement 30 ist mit seinen Endabschnitten 31 an dem Sockel 10 gelagert und mit seinem Mittelabschnitt 32 mit dem Bedienelement 20.
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Dadurch spannen die Befestigungs- bzw. Lagerpunkte der beiden Koppelelemente 30 sowohl an dem Bedienelement 20 als auch an dem Sockel 10 jeweils ein Dreieck auf und bilden mithin die Linearführung des Bedienelements 20 an dem Sockel 10. Die Verformung eines der Koppelelemente 30 wird durch den Verformungssensor 33 erfasst und ausgewertet, wodurch sich die Betätigungskraft 2 und die Position entlang der Stellstrecke X bestimmen lässt.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 16707659 A [0002, 0010]
- US 6952197 B1 [0002]
- WO 2013/020236 A1 [0002]
- US 2006185971 A1 [0002]
- FR 2837320 A1 [0002]
- DE 3110886 A1 [0002]
- JP 2004335383 A [0002]
- US 2012262256 A1 [0002]
- EP 2485112 A [0002]
- US 2007262954 A1 [0002]
