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Title:
OPERATOR CONTROL DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/010866
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an operator control device having an operator control element with haptic feedback, wherein the operator control element, which has one or more sensors, can be operated by a user (1) using an input element. The operator control device has a first and a second ferromagnetic two-dimensional component (2, 3) which have their large surface areas oriented parallel to one another and can be moved relative to one another. In this case, the first ferromagnetic two-dimensional component (2) forms the operator control element or transmits its movement wholly or in part to the operator control element. The operator control device has at least one flat coil (5, 5') which is arranged on a printed circuit board (6) and which is arranged between the ferromagnetic two-dimensional components (2, 3) so as to have its plane parallel to the ferromagnetic two-dimensional components (2, 3), and where the ferromagnetic two-dimensional components (2, 3) can be moved relative to one another when the flat coil (5, 5') is supplied with current. The printed circuit board (6) carrying the flat coil (5, 5') is arranged permanently on that surface area of the second ferromagnetic two-dimensional component (3) which is associated with the first ferromagnetic two-dimensional component (2).

Inventors:
LANGE WERNER (DE)
ZOLLER INGO (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/063541
Publication Date:
January 24, 2013
Filing Date:
July 11, 2012
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
LANGE WERNER (DE)
ZOLLER INGO (DE)
International Classes:
H01F5/00; G06F3/01; H02K33/02
Foreign References:
US20060256075A12006-11-16
US20030030533A12003-02-13
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
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Claims:
Bedieneinrichtung mit einem Bedienelement mit haptischer Rückmeldung, wobei das ein oder mehrere Sensoren aufweisende Bedienelement von einer Bedienperson mittels eines Eingabeorgans betätigbar ist, mit einem ersten und einem zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteil, die mit ihren großen Flächen parallel zueinander ausgerichtet und relativ zueinander bewegbar sind, wobei das erste ferro- magnetische flächige Bauteil das Bedienelement bildet oder seine Bewegung ganz oder teilweise auf das Bedienelement überträgt, mit wenigstens einer auf einer Lei¬ terplatte angeordneten Flachspule, die mit ihrer Ebene parallel zu den ferromagnetischen flächigen Bauteilen zwischen den ferromagnetischen flächigen Bauteilen angeordnet ist und wobei durch Bestromung der Flachspule die ferromagnetischen flächigen Bauteile zueinander bewegbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die die Flachspule (5, 5') tragende Leiterplatte (6) fest auf der dem ersten ferromagnetischen flächigen Bauteil (2) zugewandten Fläche des zweiten ferromagneti¬ schen flächigen Bauteils (3) angeordnet ist.

Bedieneinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Flachspule (5, 5' ) ei¬ nen rechtwinklig zur Ebene der ferromagnetischen flächigen Bauteile (2, 3) sich erstreckenden ferromagnetischen Spulenkern (4) aufweist.

Bedieneinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Spulenkern (4) eintei¬ lig mit einem der ferromagnetischen flächigen Bauteile (3) ausgebildet ist.

Bedieneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leiterplatte (6) mittels einer Klebeschicht (8) auf dem zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteil (3) angeordnet ist.

Bedieneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lei¬ terplatte in Schichttechnik auf dem zweiten ferromagne- tischen flächigen Bauteil aufgetragen ist.

Bedieneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zweite ferromagnetische flächige Bauteil (3) nicht¬ beweglich angeordnet ist.

Bedieneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste ferromagnetische flächige Bauteil (2) und das zweite ferromagnetische flächige Bauteil (3) bei un- bestromter Flachspule (5, 5') von einem Federelement (9) bis zu einem bestimmten Maximalabstand (10) voneinander weg bewegbar sind.

Bedieneinrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Maximalabstand (10) der beiden ferromagnetischen flächigen Bauteile (2, 3) durch Anschläge bestimmt ist.

Bedieneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bedienelement als Anzeige ausgebildet ist.

Bedieneinrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anzeige eine elektro- optische Anzeige (11) ist.

Description:
Beschreibung

Bedieneinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Bedieneinrichtung mit einem Bedienelement mit haptischer Rückmeldung, wobei das ein oder mehrere Sensoren aufweisende Bedienelement von einer Be ¬ dienperson mittels eines Eingabeorgans betätigbar ist, mit einem ersten und einem zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteil, die mit ihren großen Flächen parallel zueinander ausgerichtet und relativ zueinander bewegbar sind, wobei das erste ferromagnetische flächige Bauteil das Bedienelement bildet oder seine Bewegung ganz oder teilweise auf das Be ¬ dienelement überträgt, mit wenigstens einer auf einer Leiter- platte angeordneten Flachspule, die mit ihrer Ebene parallel zu den ferromagnetischen flächigen Bauteilen zwischen den ferromagnetischen flächigen Bauteilen angeordnet ist und wobei durch Bestromung der Flachspule die ferromagnetischen flächigen Bauteile zueinander bewegbar sind.

Haptische Rückmeldungen von Bedienelementen werden vor allem dann gefordert, wenn ein Bediener den von ihm ausgeführten Bedienvorgang nicht direkt wahrnehmen kann. Während bei Bedienvorrichtungen mit elektromechanischen Schaltern für einen Bediener das Öffnen oder Schließen der Schaltkontakte durch eine sich ändernde Haptik des Bedienelements wahrnehmbar ist, ist dies bei elektronischen Schaltern nicht notwendigerweise vorhanden. Deshalb sind im Stand der Technik Bedienelemente bekannt, die mittels für den Bediener wahrnehmbaren Bewegun- gen des Bedienelements eine haptische Rückmeldung über einen erfolgten Bedienvorgang geben. Die bekannten haptischen Bedienelemente beispielsweise für sogenannte Touchscreens er ¬ fordern einen großen Bauraum, einen aufwendigen Antrieb und besondere konstruktive Maßnahmen, wenn diese beispielsweise in einem Umfeld eingesetzt werden sollen, das von besonders großen Temperaturunterschieden geprägt ist, wie es beispielsweise in einem Kraftfahrzeug der Fall ist, welches sowohl in arktischer Kälte als auch in sommerlicher Hitze seine Funktionsfähigkeit erhalten muss.

Bei Bedieneinrichtungen der eingangs genannten Art ist die die Flachspule tragende Leiterplatte zwischen den ferromagne- tischen Bauteilen angeordnet. Aufgrund der Toleranzen in der Leiterplattendicke sowie von der idealen Ebene der Leiter ¬ platte abweichenden Durchbiegungen der Leiterplatte muss der Abstand zwischen den ferromagnetischen flächigen Bauteilen relativ groß bemessen werden.

Dies führt zu einer großen Gesamtbauhöhe der Bedieneinrichtung und zu einem geringeren magnetischen Fluss sowie geringerer Kräfte im System der Bedieneinrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bedieneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine geringe Ge ¬ samtbauhöhe aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die die Flachspule tragende Leiterplatte fest auf der dem ersten ferromagnetischen flächigen Bauteil zugewandten Fläche des zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteils angeordnet ist. Durch diese Ausbildung muss die Leiterplatte nicht mehr eine solche Steifheit aufweisen, dass sie formstabil planar die Flachspule trägt, da sie nun ihre formstabile Eigenschaft von dem formstabilen ersten ferromagnetischen Flächenbauteil erhält .

Die Dicke der Leiterplatte muss nur noch eine sichere Isola ¬ tion zum zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteil gewährleisten und kann so minimalisiert sein. Sowohl die durch das erste ferromagnetische flächige Bauteil bedingte Ebenheit der Leiterplatte, die Vermeidung von Wel ¬ ligkeiten der Leiterplatte sowie deren geringe Dicke ermögli- chen es, den Abstand zwischen den beiden ferromagnetischen flächigen Bauteilen und damit auch die Gesamtbauhöhe der Be ¬ dieneinrichtung gering zu dimensionieren sowie bei gegebener zur Verfügung stehender Energie größere Stellkräfte zu erzeu- gen .

Durch das Bestromen der Spule wird ein Magnetfeld aufgebaut und die beiden ferromagnetischen flächigen Bauteile zueinander gezogen.

Diese Bewegung ist für das Eingabeorgan wie z. B. einen Finger einer Bedienperson direkt oder indirekt wahrnehmbar.

Besonders einfach und dauerhaft ist die Flachspule herstell- bar, wenn sie aus auf der Leiterplatte angeordneten Leiterbahnen besteht. Dabei kann die Leiterplatte kupferkaschiert und derart geätzt sein, dass die Leiterbahnen in vorzugsweise spiralförmiger Spulenbahn übrig bleiben. Anstelle des Ätzens der Leiterbahnen können diese beispiels ¬ weise auch durch ein Bedrucken der Leiterplatte mit einem Leiterbahnmaterial wie Silberpaste erzeugt werden.

Zur Konzentration des magnetischen Flusses weist vorzugsweise die Flachspule einen rechtwinklig zur Ebene der ferromagneti ¬ schen flächigen Bauteile sich erstreckenden ferromagnetischen Spulenkern auf.

Aufgrund des geringen Abstandes zwischen den beiden ferromag- netischen flächigen Bauteilen ist auch die Höhe des Polschuhes gering. Weiterhin kann aufgrund der geringen einzuhaltenden Toleranzen der Polschuh bis nahe an das erste ferromagne- tische Bauteil heranreichen, wodurch der magnetische Fluss erhöht wird. Ist dabei der Spulenkern einteilig mit einem der ferromagne- tischen flächigen Bauteile ausgebildet, so reduziert sich die Anzahl der Bauteile und der Montageaufwand. Zur planen Befestigung der Leiterplatte auf dem zweiten fer- romagnetischen flächigen Bauteil kann die Leiterplatte mittels einer Klebeschicht auf dem zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteil angeordnet sein. Eine weitere Reduzierung der Bauhöhe wird dadurch erreicht, dass die Leiterplatte in Schichttechnik, insbesondere in Dickschichttechnik auf dem zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteil aufgetragen ist. Vorzugsweise ist das zweite ferromagnetische flächige Bauteil nichtbeweglich angeordnet, so dass bei einer Bestromung der Flachspule nur das erste ferromagnetische Bauteil in Richtung auf das zweite ferromagnetische flächige Bauteil bewegt wird. Zur Bewegung der ferromagnetischen flächigen Bauteile in ihre Ruheposition bei nichtbestromter Flachspule können das erste ferromagnetische flächige Bauteil und das zweite ferromagne- tische flächige Bauteil bei unbestromter Flachspule von einem Federelement bis zu einem bestimmten Maximalabstand voneinan- der weg bewegbar sein, wobei in einfacher Ausbildung der Maximalabstand der beiden ferromagnetischen flächigen Bauteile durch Anschläge bestimmt ist.

Das Bedienelement kann als Anzeige ausgebildet sein. Diese Anzeige kann im einfachsten Fall beispielsweise aus einer Be ¬ druckung mit verschiedenen Ziffern in Form einer Telefontastatur ausgestaltet sein. So können beispielsweise verschiede ¬ ne Ziffern ausgewählt werden, wenn mit dem Bedienorgan das Bedienelement an der entsprechenden Ziffer berührt wird und die Anzeige eine entsprechende Vorrichtung aufweist, mit der die Position des Eingabeorgans auf der Anzeige bestimmbar ist . Die Anzeige kann dabei als elektrooptische Anzeige ausgebil ¬ det sein, bei der z. B. verschiedene Menüs, Untermenüs oder Einzelwerte auf der Anzeige dargestellt werden können, die dann durch eine entsprechende Berührung der Anzeige an der entsprechenden Position der Darstellung des auszuwählenden Menüs, Untermenüs oder Wertes detektiert werden. Derartige optoelektronische Anzeigen können beispielsweise als Leucht ¬ diodenmatrix, organisches Leuchtdiodendisplay oder Flüssig ¬ kristalldisplay ausgebildet sein und sind bereits als soge- nannte Touchscreens bekannt.

Die Flachspulen werden zum Bewegen der flächigen ferromagne- tischen Bauteile zueinander mit einem Gleichstrom oder einem niederfrequenten Wechselstrom bestromt. Zusätzlich kann dieser Strom mit einer Frequenz im Hörbereich, wie beispielsweise 1 Kilohertz moduliert werden, so dass diese Frequenz zu ¬ sätzlich hörbar ist. So kann ein Klick hörbar sein, der sich anhört, als sei ein elektromagnetischer Schalter geöffnet oder geschlossen worden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Bedieneinrichtung im Querschnitt .

Die in der Figur dargestellte Bedieneinrichtung weist ein einer Bedienperson 1 zugewandtes erstes ferromagnetisches flä ¬ chiges Bauteil 2 auf, das bedienerseitig eine optoelektroni ¬ sche Anzeige 11 wie z. B. ein LCD trägt und das quer zu sei ¬ ner Flächenerstreckung beweglich ist.

Parallel dazu ist ein zweites ferromagnetisches flächiges Bauteil 3 nichtbeweglich angeordnet. Das zweite ferromagnetische flächige Bauteil 3 weist in Ab ¬ ständen zueinander Spulenkerne 4 auf, die zu dem ersten fer- romagnetischen flächigen Bauteil 2 gerichtet und mit dem zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteil 3 einteilig ausgebildet sind.

Die Spulenkerne 4 sind jeweils von einem Paar spiralartiger Flachspulen 5, 5' umschlossen.

Die Flachspulen 5, 5' sind auf einer sich über die Fläche der ferromagnetischen flächigen Bauteile 2, 3 erstreckenden, als Keramiksubstrat ausgebildeten Leiterplatte 6 aufgedruckt, wo- bei die Flachspulen 5 auf der dem ersten ferromagnetischen flächigen Bauteil 2 und die Flachspulen 5' auf der dem zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteil 3 zugewandten Seite auf die Leiterplatte 6 aufgedruckt sind. Die Spulenkerne 4 ragen durch entsprechend in der Leiterplat ¬ te 6 ausgebildete Ausnehmungen 7.

Mittels einer Klebeschicht 8 ist die die Flachspulen 5, 5' tragende Leiterplatte 6 auf der dem ersten ferromagnetischen flächigen Bauteil 2 zugewandte Fläche des zweiten ferromagne- tischen flächigen Bauteils 3 aufgeklebt.

Durch ein zwischen dem ersten ferromagnetischen flächigen Bauteil 2 und der Leiterplatte 6 angeordneten Federelement 9 ist das erste ferromagnetische flächige Bauteil 2 bei nicht bestromten Flachspulen 5, 5' auf den dargestellten Maximalabstand 10 zum zweiten ferromagnetischen flächigen Bauteil 3 gehalten . Es versteht sich, dass über die Fläche von erstem ferromagne- tischen flächigen Bauteil 2 und Leiterplatte 6 verteilt wei ¬ tere nicht dargestellte Federelemente 9 angeordnet sind, so dass eine Bewegung des ersten ferromagnetischen flächigen Bauteils 2 immer parallel zum zweiten ferromagnetischen Flä- chenbauteil 3 erfolgt. Wenn von einer nicht dargestellten Sensorik erkannt wird, dass ein Finger der Bedienperson 1 die elektrooptische Anzei ¬ ge 11 berührt, werden die Flachspulen 5, 5' bestromt.

Werden die Flachspulen 5, 5' von dem Strom durchflössen, wird ein magnetischer Fluss in die ferromagnetischen flächigen Bauteile 2, 3 eingeprägt und so ein magnetischer Kreis ge ¬ schlossen, so dass die beiden ferromagnetischen flächigen Bauteile 2, 3 entgegen der Kraft der Federelemente 9 relativ zueinander gezogen werden, ohne sich zu berühren.

Das erste ferromagnetische flächige Bauteil 2 bildet zusammen mit der elektrooptischen Anzeige gleichzeitig ein Bedienele ¬ ment, so dass die Bedienperson die Bewegung des ersten ferro- magnetischen flächigen Bauteils 2 über die elektrooptische Anzeige 11 haptisch erfasst.