Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät oder eine elektrische Anlage, wobei es sich bei diesem Gerät bzw. dieser Anlage insbesondere um eine Fahrzeugkomponente handelt. Die Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 225 463.6 vom 10. Dezember 2013 in Anspruch, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser PCT-Patentanmeldung gehört.

Hinsichtlich der Bedienung elektrischer Geräte, zu denen im Rahmen der Erfin- dung insbesondere Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise Fahrzeugklimaanlagen gezählt werden, haben sich in den letzten Jahren mehr und mehr Touch-Bedienfelder durchgesetzt. Dabei wird in zunehmendem Maße verlangt, dass die Touch-Bedienelemente lediglich einen minimalen Hub aufweisen, was bedeutet, dass derartige minimale Verschiebungen eines Bedienelements zur Detektion einer ordnungsgemäßen Betätigung des Bedienelements erkannt werden müssen. Eine Forderung ist dabei, dass die Haptik des Bedienelements durch die Betätigungssensorik nicht beeinträchtigt werden sollte.

Aus DE-A-25 16 171 ist ein optischer Schalter (nach Art einer Lichtschranke) bekannt, der zwei Schaltzustände einnehmen kann. In dem einem Zustand gelangt Licht von einer Lichtquelle über eine an einem Bedienelement ausgebildete Reflexionsfläche zu einem Empfänger, während das Bedienelement in dem anderen Zustand eine Position einnimmt, in der das Licht nicht zum Empfänger reflektiert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät oder eine Anlage, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente zu schaffen, bei der die für eine ordnungsgemäße Betätigung eines Bedienelements aufzubringende Betätigungskraft durch die Betätigungssensorik nicht beeinflusst wird, und bei der sich aus der Betätigung des Bedienelements auf die Größe der Betätigungskraft schließen lässt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Bedienvorrichtung für ein elektrisches Gerät oder eine elektrische Anlage, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente vorgeschlagen, wobei die Bedienvorrichtung versehen ist mit

- einer Bedienoberfläche mit mindestens einem elastischen und/oder elastisch gelagerten Bedienelement und

einem Betätigungssensor zur Erfassung einer Bewegung des mindestens einen Bedienelements bei dessen Betätigung aus einer Ausgangstellung in eine Endstellung des mindestens einen Bedienelements.

Bei dieser Bedienvorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen,

dass der Betätigungssensor einen Strahlungsemitter und einen Strahlungsempfänger und eine Strahlung reflektierenden Referenzfläche zur Reflektion von Strahlung des Strahlungsemitters in Richtung auf den Strahlungsempfänger aufweist,

wobei der Abstand der Referenzfläche zu entweder dem Strahlungsemitter oder dem Strahlungsempfänger oder beiden sich mit der Bewegung des mindestens einen Bedienelements verändert,

dass mit zumindest dem Strahlungsempfänger eine Auswerteeinheit ver- bunden ist,

wobei sich die Intensität der Strahlung und/oder die Menge der Strahlung, die der Strahlungsempfänger als von der Referenzfläche reflektierte Strahlung des Strahlungsemitters empfängt, in Abhängigkeit von der Bewegungsposition des mindestens einen Bedienelements kontinuierlich verändert und wobei anhand der Intensität und/oder Menge der von dem Strahlungsempfänger empfangenen Strahlung die aktuelle Bewegungsposition des mindestens einen Bedienelements ermittelbar ist. Nach der Erfindung ist sinngemäß vorgesehen, für den Betätigungssensor ein optisches System einzusetzen, mit dem sich eine Abstandsmessung realisieren lässt. Zu diesem Zweck weist das mindestens eine elastische und/oder elastisch gelagerte Bedienelement eine Referenzfläche auf, die elektromagnetische Strahlung reflektiert. Diese Referenzfläche nimmt in der Ruheposition des Be- dienelements, wenn dieses nicht betätigt und damit nicht einer Betätigungskraft ausgesetzt ist, eine Referenzposition ein, die sich von denjenigen Positionen unterscheidet, die die Referenzfläche bei der Bewegung des Bedienelements zwischen dessen Ausgangstellung und Endstellung (sowie auch umgekehrt) einnimmt. Diese Positionsverschiebungen werden nun mit Hilfe des op- tischen Systems des Betätigungssensors erfasst, wozu der Betätigungssensor mindestens einen Strahlungsemitter und mindestens einen Strahlungsempfänger aufweist, wobei der Strahlungsemitter seine Strahlung in Richtung auf die reflektierende Referenzfläche richtet und der mindestens eine Strahlungsempfänger in Abhängigkeit von der Bewegungsposition des Bedienelements eine unterschiedliche Menge bzw. Intensität an Strahlung als Reflektionsstrahlung empfängt. Der mindestens eine Strahlungsempfänger ist mit einer Auswerteeinheit verbunden, in der anhand der vom Strahlungsempfänger empfangenen Intensität der Strahlung (d.h. der "empfangenen Strahlungsmenge") die aktuelle Verschiebung des Bedienelements erkannt wird .

Der beim Drücken des Bedienelements erforderliche und zur Kapazitätsänderung führende Kraftaufwand ist minimal, wenn sich der zweite Trägerkörper mit geringer Kraft verbiegen lässt. Dies hat den Vorteil, dass der Einfluss der Wegmessung auf die Kinematik des Gesamtsystems (elastische Aufhängung bzw. Kopplung des Bedienelements) gering ist. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene optische System des Betätigungs ^¬ sensors kann also der Abstand zwischen dem Betätigungssensor und der Referenzfläche des Bedienelements exakt und kontinuierlich erfasst werden. Der Einsatz des optischen Systems hat dabei den Vorteil, dass die Betätigungs- kraft, die auf das Bedienelement bei dessen Betätigung wirkt, durch die berührungslose Messung nicht beeinflusst wird. Da erfindungsgemäß keine mechani ^¬ sche Anbindung an die zu messende Referenzfläche vorhanden sein muss, er ^¬ geben sich weitaus größere Freiheitsgrade bei der mechanischen Integration der Betätigungsermittlung, d.h. der Erfassung der Betätigungskraft, die auf das Bedienelement bei dessen Betätigung wirkt.

Anhand der mechanischen Aufhängung des Bedienelements ist somit eine Zuordnung des vom Bedienelement bei dessen Betätigung zurückgelegten Wegs zur aufgebrachten Betätigungskraft bzw. zur in Bewegungsrichtung gerichte- ten, resultierenden Kraftkomponente der aufgebrachten Betätigungskraft möglich.

Durch die somit aus dem optischen Signal ableitbare Kraftmessung lässt sich also der Intensitätsveränderung der empfangenen Strahlung eine Kraftände- rung zuordnen. Hierdurch kann man bei Überschreiten einer bestimmten Betätigungskraft beim z. B. Niederdrücken des Bedienelements eine erste Aktion (z. B. taktile Rückmeldung an den Bediener) und beim Unterschreiten einer bestimmten anderen Kraft bei Entlastung des Bedienelements eine zweite Aktion (z. B. wieder taktile Rückmeldung) auslösen. So könnte man beispielswei- se die kontinuierliche Krafterkennung bei Betätigung , d.h beim Niederdrücken und Loslassen des Bedienelements, dazu nutzen, beim Überschreiten einer Niederdrückkraft von z. B. 5 N einen mechanischen Belastungsimpuls via Ak- tuator auf das mechanische Bedienelement aufbringen, um beim unterschreiten einer Entlastungkraft von z. B. 3 N bei Entlastung (d. h. beim beginnenden loslassen) des Bedienelements via Aktuator einen Entlastungsimpuls auf das Bedienelement aufbringen. Der optische Betätigungssensor arbeitet dergestalt, dass sich die Strahlungsintensität, die der Strahlungsempfänger misst, in Abhängigkeit von der Relativposition des Bedienelements zum Betätigungssensor verändert. In den beiden Positionen "Nicht-Betätigung" und "Betätigung" des Bedienelements stellen sich also am Strahlungsempfänger unterschiedliche Messwerte ein.

Zur Unterdrückung von Umgebungsstörungen kann die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung eine Umgebungsstrahlungsunterdrückungseinheit für den Betätigungssensor aufweisen, wobei die Umgebungsstrahlungsunterdrückungs- einheit mindestens ein optisches Filter und/oder mindestens eine insbesondere mechanische Blende zum Abschotten zumindest des Strahlungsempfängers gegen Umgebungsstrahlung aufweist.

Sofern sich das Bedienelement bei seiner Betätigung ausschließlich translato- risch bewegt (z. B. wegen einer entsprechenden Linearführung), kann anhand des optisch ermittelten Bewegungshubes und der bekannten Steifigkeit der elastischen Aufhängung des Bedienelements erkannt werden, welche Betätigungskraft auf das Bedienelement wirkt, so dass auf eine ordnungsgemäße Betätigung des Bedienelements erkannt werden kann. Insoweit reicht bei aus- schließlich translatorisch bewegbaren Bedienelementen ein einziger Strahlungsempfänger aus. Sollte allerdings das Bedienelement keine translatorische Führung aufweisen, also beispielsweise auch kippen können, so bedarf es zur Detektion auf eine ordnungsgemäße Betätigung des Bedienelements einer Be- rührungssensorik oder einer zweiten Abstandmessposition. Über die Berüh- rungssensorik kann dann ermittelt werden, an welcher Position sich beispielsweise der Finger einer Hand auf einem Bedienfeld des Bedienelements befindet. Aus dieser Information und der gemessenen Weg Information sowie der bekannten elastischen Aufhängung des Bedienelements kann dann auf die Betätigungskraft geschlossen werden, der das Bedienelement bei dessen Betäti- gung ausgesetzt ist. Ohne Berührungssensorik kann die gleiche Aufgabe dadurch gelöst werden, dass an zwei verschiedenen Positionen des Bedienelements dessen Abstandsveränderung zum Betätigungssensor ermittelt wird . Das zuletzt genannte Konzept kann auch dann eingesetzt werden, um anhand der beiden Abstandsmessungen auf den Berührungsort zu schließen, an dem sich bei einer Betätigung des Bedienelements beispielsweise der Finger einer Hand befindet.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Betätigung des Bedienelements optisch, akustisch und/oder haptisch rückgemeldet wird .

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elastizität oder elastische Lagerung des mindestens einen Bedienelements durch eine Federrate definiert ist und dass in der Auswerteeinheit anhand der Federrate und der Bewegungsposition des mindestens Bedien- elements die Betätigungskraft ermittelbar ist, die auf das mindestens eine Bedienelement bei dessen Betätigung einwirkt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Bedienelement bei einer Betätigung zuerst manuell belastet und anschließend entlastet wird, wobei automatisch eine erste Rückmeldung, insbesondere eine erste taktile Rückmeldung bei Belastung des mindestens einen Bedienelements mit mindestens einer ersten Kraft und eine zweite Rückmeldung, insbesondere eine zweite taktile Rückmeldung bei anschließender Entlastung des mindestens einen Bedienelements bis zu einer Kraft, die kleiner ist als eine gegenüber der ersten Kraft geringere zweite Kraft, erfolgt.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgehsehen, dass das mindestens eine Bedienelement kippbar gelagert ist und ein Bedienfeld mit einer Berührungssensorik zur Ermittlung der Position einer Berührung des Bedienfel- des bei Betätigung des Bedienelements aufweist und dass die auf das mindestens eine Bedienelement einwirkende Betätigungskraft anhand der ermittelten Berührungsposition und der anhand der durch den Betätigungssensor ermittelten Bewegungsposition des mindestens einen Bedienelements ermittelbar ist.

Schließlich kann auch vorgehsehen sein, dass das mindestens eine Bedienele- ment kippbar gelagert ist, dass der Betätigungssensor zwei voneinander beanstandete Strahlungsempfänger aufweist, mittels derer die Bewegungsposition des mindestens einen Bedienelements, an einer Betätigungsposition betätigten Bedienelements an zwei voneinander beabstandeten Stellen ermittelbar ist und das anhand der beiden Bewegungspositionen die an den beiden Stellen jeweils wirkengen Kräfte ermittelbar und aus diesen Kräften die Betätigungskraft ermittelbar ist, die an der Betätigungsposition des mindestens einen Bedienelements auf dieses einwirkt.

Das distanzmessende, optische System weist einen Strahlungsemitter und ei- nen Strahlungsempfänger auf und ist derart relativ zu der Referenzfläche des Bedienelements angeordnet, dass die emittierte Strahlung zumindest zum Empfänger zurück reflektiert wird. Die Referenzfläche ist dabei so gestaltet, dass sie mindestens einen Teil der emittierten Strahlung zum Empfänger reflektiert. Die empfangene Strahlung ist ein Maß für die Position der Referenz- fläche relativ zum Betätigungssensor. Bei bekannter Steifigkeit des Bedienelements bzw. genauer gesagt der Referenzfläche kann so direkt die Krafteinwirkung auf das Bedienelement ermittelt werden.

Optional kann störende Umgebungsstrahlung durch optische Filter im Strah- lungsempfänger unterdrückt werden. Alternativ kann optional das optische

Emitter-/Empfänger-System durch mechanische Blenden vor störender Umgebungsstrahlung geschützt werden.

Ist das bewegte Bedienelement elastisch auf gehangen, d .h. elastisch beweg- bar gelagert, so kann, wenn die Federrate dieser Aufhängung bekannt ist, durch die Messung des Betätigungsweges = Federweg auf die entsprechende Betätigungskraft auf das Bedienelement zurückgeschlossen werden. Wird dieses System noch mit einer zusätzlichen Touch-Sensorik zur Erkennung der Berühru ng bzw. des Berührungsortes ausgestattet, können mehrere Tasten zu einem System zusammengefasst werden . Ist der Kraft-/Weg- Zusammenhang für jede Taste/Position auf dem Bedienelement bekannt, können d ie Tasten bei Betätig ung sicher zugeord net werden und ist eine Kraftbestimmung über d ie Wegmessung mögl ich .

Des Weiteren ermögl ichen die zusätzl ichen Informationen über die Berührung des Bedienelements ein Kal ibrieren der Abstandsmessung, solange eine Berührung und somit eine Verschiebung des Systems sicher ausgeschlossen werden kann .

Durch die Kombination von Berührungs-Ortserkennung und Wegmessung kann die Betätigungskraft mit einem (einzigen) Abstandssensor ermittelt werden, wod urch Kosten eingespart werden können . Ohne d ie Ortsinformation könnte über zwei Abstandsmessungen ebenfalls auf d ie Betätig ungskraft zurückgerechnet werden . Die Erfind ung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzel nen zeigen dabei :

Fig . 1 schematisch und im Schnitt eine Bed ienvorrichtung mit elastisch angebundenem Bedienelement bei zentrisch auf d ieses einwirkender Be- tätigungskraft zur translatorischen Verschiebung des Bed ienelements,

Fign . 2 und 3

Einzelansichten zur Verdeutl ichung der Wirkungsweise des optischen Systems zur berührungslosen Erkennung einer Verschiebung des Be- d ienelements und Fig . 4 schematisch und ebenfalls in Schnittansicht die Situation, bei der auf das Bedienelement die Betätigungskraft exzentrisch ausgeübt wird, so dass das Bedienelement sich nicht ausschließlich translatorisch sondern ggf. als Überlagerung einer translatorischen mit einer Kipp- Bewegung bewegt.

In den Fign . 1 und 4 ist jeweils schematisch und im Schnitt eine Bedienvorrichtung 10 mit einer Bedienoberfläche 12 und mindestens einem an der Bedienoberfläche 12 angeordneten Bedienelement 14 gezeigt. Das Bedienelement 14 weist eine Bedienfläche 16 auf, die vorzugsweise in Höhe der Bedienoberfläche 12 angeordnet ist. Unterhalb der Bedienoberfläche 12 bzw. des Bedienelements 14 befindet sich eine Trägerplatte 18, die im Regelfall als Leiterkarte ausgebildet ist. Das Bedienelement 14 ist beispielsweise an der Bedienoberfläche 12 oder aber auch an der Trägerplatte 18 elastisch bewegbar gelagert, was in den Fign . 1 und 4 durch die Federn 20 symbolisiert ist.

Unterhalb des Bedienfeldes 16 des Bedienelements 14 befindet sich eine Be- rührungssensorik 22, die beispielsweise kapazitiv arbeitet und mit der erkannt werden kann, an welcher Position des Bedienfeldes 16 sich beispielsweise der Finger einer Hand befindet, wenn das Bedienelement 14 betätigt wird .

Auf der Trägerplatte 18 angeordnet ist ein Betätigungssensor 24, der berüh- rungslos arbeitet und eine Verschiebung bzw. Bewegung des Betätigungselements 14 bei dessen Betätigung erkennt. Der Betätigungssensor 14 weist, wie in den Fign . 2 und 3 im Einzelnen gezeigt, einen Strahlungsemitter 26 sowie einen Strahlungsempfänger 28 auf, die in Zusammenwirkung mit einer Referenzfläche 30 des Bedienelements 14 arbeiten . In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die Referenzfläche 30 an der Unterseite 32 des Bedienelements

14 (z. B. an der Außenseite eines die Berührungssensorik 22 zur Unterseite des Bedienelements 14 hin überdeckenden Gehäuses 31) und damit der Ober- seite 34 der Trägerplatte 18 gegenüberliegend . Die Referenzfläche 30 ist als Reflektionsfläche ausgebildet, so dass zumindest ein Teil der Strahlung 36, die von dem Strahlungsemitter 26 ausgesendet wird, an der Referenzfläche 30 als Reflektionsstrahlung 38 in Richtung auf den Strahlungsempfänger 28 reflek- tiert wird . In Abhängigkeit von der Verschiebungsposition des Betätigungselements 14 erfasst der Strahlungsempfänger 28 unterschiedliche Strahlungsintensitäten, wodurch auf die Position des Bedienelements 14 geschlossen werden kann (siehe hierzu die schematischen Darstellungen in den Fign . 2 und 3) . In Fig . 1 ist der Fall dargestellt, dass sich das Bedienelement 14 unter Beibehaltung seiner Ausrichtung ausschließlich translatorisch bewegt (z. B. in Folge einer entsprechenden Parallelführung), wenn das Bedienelement 14 der Betätigungskraft Fm ausgesetzt ist. Das Bedienelement 14 bewegt sich also unter Beibehaltung der im Wesentlichen parallelen Ausrichtung des Bedienfeldes 16 zur Trägerplatte 18. Der durch den Sensor 24 ermittelte Verschiebungsweg entspricht also über die bekannte Steifigkeit der elastischen Aufhängung des Bedienelements 14 der auf diese wirkende Betätigungskraft. Diese kann beispielsweise in einer Auswerteeinheit 40 ermittelt werden . In Fig . 4 ist der Fall dargestellt, dass die Betätigungskraft Fm außermittig auf das Bedienfeld 16 des Bedienelements 14, das in diesem Ausführungsbeispiel nicht parallel geführt ist, einwirkt, womit sich das Bedienelement nicht mehr ausschließlich translatorisch bewegt sondern sich die Bewegung des Bedienelements 14 als Überlagerung einer translatorischen und einer Kippbewegung darstellt. Die über den Berührungssensor 24 messtechnisch ermittelbare Verschiebung des Bedienelements 14 ist nun nicht mehr eindeutig einer Betätigungskraft zuzuordnen . Dies gelingt allerdings letztendlich dadurch, dass über die Berührungssensorik 22 (ebenfalls in der Auswerteeinheit 40) ermittelbar ist, an welcher Position auf dem Bedienelement 14 die Betätigungskrafteinwir- kung erfolgt. Nun kann wieder auf die einwirkende Betätigungskraft rückgeschlossen werden und damit eine ordnungsgemäße Betätigung des Bedienelements 14 erkannt werden . In den zuvor beschriebenen Fällen wird also auf die aktuell einwirkende Betätigungskraft rückgeschlossen . Wird insoweit ein Vorgabewert erreicht und/oder überschritten, kann eine ordnungsgemäße Betätigung des Bedienelements 14 erkannt werden, womit dann entsprechende Aktionen wie beispielsweise die Betätigung eines Aktuators und/oder die Veränderung einer Anzeige und/oder eines Sollwerts eingeleitet werden können . Schließlich ist es auch möglich, die Betätigung des Bedienelements in Abhängigkeit von der kontinuierlich erfass- ten Kraft bzw. Kraftänderung für gegebenenfalls unterschiedliche optische, akustische und/oder haptische Rückmeldungen der Bedienelement-Betätigung zu nutzen .

BEZUGSZEICHENLISTE

Bedienvorrichtung

Bedienoberfläche

Bedienelement

Bedienfläche

Trägerplatte

Feder

Berührungssensorik

Betätigungssensor

Strahlungsemitter

Strahlungsempfänger

Referenzfläche

Gehäuse mit Referenzfläche

Unterseite des Bedienelements

Oberseite der Trägerplatte

Strahlung

Reflektionsstrahlung

Auswerteeinheit