Schaltungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , ein Bediensystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 und ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.

Die DE 103 26 400 A1 offenbart beispielsweise ein Bedienelement für eine Stelleinrichtung. Dabei ist ein Stellsignal abhängig von einem Druck erzeugbar, der auf eine Bedienfläche ausgeübt wird.

Aus der WO 2018/193549 A1 geht eine Schalterstruktur für Touchscreens hervor. Dabei ist ein mechanisch schaltbares Element relativ zu dem Touchscreen elastisch gelagert.

Die WO 2016/012277 A1 offenbart eine Bedieneinheit. Wird ein Bedienfeld mit einer

Betätigungskraft senkrecht zur Oberfläche beaufschlagt, erfolgt eine force-feedback-Reaktion.

Aus der DE 10 2015 222 714 A1 ist eine Bedieneinrichtung bekannt, mit einem großflächigen Bedienelement. Das Bedienelement ist derart gelagert, dass dessen Betätigung zu einer Hubbewegung führt, die zusätzlich von einer Rotationsbewegung überlagert ist.

Die DE 10 2015 216 709 A1 beschreibt eine Schalteranordnungsbaugruppe, bei der über einen Touchscreen eine Funktion auswählbar ist. Die Aktivierung der Funktion erfolgt dadurch, dass der Touchscreen eine berührungsbedingte Kippbewegung ausführt und dabei einen taktilen Schalter betätigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung für eine mechanisch schaltbare berührungssensitive Bedienoberfläche zu schaffen, deren mechanische Schaltkraft konstant und deren mechanischer Schaltweg gering ist und die außerdem sehr flexibel ist. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 , 9 und 10 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, umfassend wenigstens:

- ein Trägerelement;

- ein berührungssensitives Bedienelement;

- ein mechanisches Schaltelement, das zwischen dem Bedienelement und dem Trägerelement angeordnet ist und das eine Rückstellkraft zu erzeugen vermag; und

- eine Schaltungskinematik, über die das Bedienelement und das Trägerelement in einer Linearbewegung relativ zueinander verlagerbar sind.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schaltungskinematik wenigstens einen Hebel umfasst, der sich von seinem Kipppunkt aus in eine Richtung und eine andere Richtung erstreckt und dass der der Kipppunkt des Hebels an dem Trägerelement befestigt ist und der Hebel in der einen Richtung gelenkig mit dem Bedienelement verbunden ist und dass das mechanische Schaltelement entlang der anderen Richtung zwischen dem Hebel und dem Bedienelement angeordnet ist.

Da das mechanische Schaltelement nicht direkt über ein Niederdrücken des Bedienelements betätigt wird, sondern eine Bedienkraft durch einen Bediener auf das Bedienelement aufgebracht wird und dann über ein ungleichförmiges Getriebe indirekt auf das Schaltelement übertragen wird, kann eine gewünschte Übersetzung der Bedienkraft und auch eines

Bedienwegs eingestellt werden. Insbesondere kann die Übersetzung durch Wahl einer Position des Schaltelements entlang der anderen Richtung des Hebels angepasst werden. Der Fachmann greift dabei zur kinematischen und dynamischen Auslegung auf ihm an sich bekannte Hebelgesetze zurück und wählt dazu passend eine Charakteristik des mechanischen Schaltelements aus (beispielsweise Charakteristik von Rückstellkraft und Schaltweg). Auf diese Weise lässt sich ein berührungssensitives Bedienelement mit der Haptik eines mechanischen Schaltelements realisieren, dessen Hub äußerst gering ausgelegt sein kann und dessen erforderliche Bedienkraft an jeder Stelle auf dem Bedienelement nahezu konstant ist.

Das Bedienelement umfasst vorzugsweise ein großflächiges Bedienelement und kann auch mehrteilig aufgebaut sein. Beispielsweise kann es auch ein Gehäuse umfassen, in welches das großflächige Bedienelement eingefasst ist. Das mechanische Schaltelement kann an dem Bedienelement befestigt sein und an dem Hebel anliegen oder umgekehrt. Vorzugsweise ist das Schaltelement am Bedienelement befestigt und bildet mit dem Bedienelement eine steife Baugruppe.

Besonders bevorzugt bilden das großflächige Bedienelement, das Gehäuse und das

Schaltelement eine steife Baugruppe, die in sich bis zu einer Deformationskraft von 10 N oder mehr keine wesentliche Deformation erfährt.

Die Schaltungskinematik vermag die Linearbewegung zu lenken, mit anderen Worten eine Bewegung parallel zur Normalrichtung beispielsweise einer berührungssensitiven

Bedienoberfläche des Bedienelements zuzulassen. Die Schaltungskinematik kann serielle oder auch parallele kinematische Glieder umfassen. Sie kann zur Stabilisierung der Linearbewegung auch eine Linearführung umfassen.

Der Hebel kann beispielsweise auf Dauer gelenkig mit dem Bedienelement verbunden sein. Vorzugsweise kann der Hebel aber derart gelenkig mit dem Bedienelement verbunden sein, dass der Hebel und das Bedienelement Strukturelemente aufweisen, die lediglich ineinander einsetzbar sind und aufeinander abrollen können. Die Verbindung des Hebels mit dem

Bedienelement kann sich mit anderen Worten vorzugsweise also aus der kinematischen Bestimmtheit der zusammengesetzten Schaltungsanordnung insgesamt ergeben.

In bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung derart ausgelegt ist, dass eine Linearbewegung zwischen einer

Ruhestellung und einer Schaltstellung ermöglicht wird, wobei in Ruhestellung die Rückstellkraft des Schaltelements den Hebel gegen das Trägerelement drückt und die Schaltstellung herbeiführbar ist, indem eine die Rückstellkraft überwindende Bedienkraft auf das

Bedienelement aufgebracht wird, sodass der Hebel an dem Bedienelement zur Anlage kommt oder das Bedienelement an dem Trägerelement zur Anlage kommt.

Auf diese Weise ist der Bedienweg in einfacher Weise akkurat begrenzbar und die

Rückstellkraft setzt die Schaltungsanordnung auch in Ruhestellung unter Vorspannung, was zu einer großen Stabilität führt und die Haptik verbessert. Ferner ist dadurch sichergestellt, dass der Bedienweg immer gleich groß ist, beziehungsweis immer voll ausgenutzt wird. In bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägerelement ein Anschlagelement umfasst, auf dem der Hebel in Ruhestellung zur Anlage kommt.

Dies vereinfacht signifikant die Auslegung der Schaltungskinematik.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hebel in Ruhestellung parallel zu dem Trägerelement und dem Bedienelement orientiert ist.

Dies vereinfacht ebenfalls signifikant die Auslegung der Schaltungskinematik. Zudem ist auf diese Weise eine flächige Anlage des Hebels auf dem Trägerelement möglich und die

Begrenzung des Bedienwegs dadurch nochmals in ihrer Genauigkeit erhöht.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hebel in der anderen Richtung einen Endabschnitt aufweist, der mit einem

Verzahnungsprofil versehen ist und, dass die Schaltungskinematik einen weiteren Hebel umfasst, der komplementär zu dem Hebel ausgebildet und kinematisch spiegelbildlich zu diesem angeordnet und gelagert ist und dessen Verzahnungsprofil mit dem Verzahnungsprofil des Hebels im Eingriff ist.

Der Begriff„spiegelbildlich“ umfasst hier insbesondere den Umstand, dass der weitere Hebel sich ebenfalls von seinem Kipppunkt aus in eine Richtung und eine andere Richtung erstreckt, die zu der einen und anderen Richtung des oben bereits beschriebene Hebels jeweils gegenläufig sind. Der Kipppunkt des weiteren Hebels ist ebenfalls an dem Trägerelement befestigt und der weitere Hebel ist in seiner einen Richtung gelenkig mit dem Bedienelement verbunden. Vorzugsweise sind der Hebel und der weitere Hebel baulich identisch, was den Herstellungsaufwand reduziert.

Grundsätzlich kann auch zwischen dem weiteren Hebel und dem Bedienelement ein

mechanisches Schaltelement vorgesehen sein (in diesem Fall entlang der anderen Richtung des anderen Hebels). Vorzugsweise ist aber nur das eine oben beschriebene Schaltelement vorhanden, da dessen Rückstellkraft über das Verzahnungsprofil auch auf den weiteren Hebel wirken kann. Das mechanische Betriebsverhalten der Schaltungsanordnung lässt sich somit besonders präzise auslegen und die Komplexität wird reduziert. Insbesondere wird eine sehr genaue Linearbewegung erreicht, ohne dass der Bediener merkt, dass lediglich ein Schaltelement vorgesehen ist.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägerelement ein Anschlagelement umfasst, auf dem der Hebel und der weitere Hebel in Ruhestellung zur Anlage kommen.

Da mit anderen Worten für beide Hebel eine gemeinsame Ablagefläche zur Verfügung steht, wird das Betriebsverhalten der Schaltungskinematik verbessert und die Herstellung ist mit geringem Aufwand möglich, als im Falle von individuellen Ablageflächen.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung derart ausgelegt ist, dass die Linearbewegung maximal 0,1 mm bis 0,5 mm beträgt und dass eine Bedienkraft, die zur Überwindung der Rückstellkraft auf das Bedienelement aufgebracht werden muss, 0,6 N bis 15 N beträgt.

Vorzugsweise beträgt die Linearbewegung maximal 0,3 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,15 mm bis 0,2 mm. Die Rückstellkraft beträgt bevorzugt 3,2 N bis 3,5 N, besonders bevorzugt 3,26 N bis 3,45 N.

Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass sich unter diesen Randbedingungen eine besonders gleichmäßige erforderliche Rückstellkraft bei sehr geringem Bedienweg erzielen lässt.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung der Erfindung ist vorgesehen, dass das berührungssensitive Bedienelement ein Touchdisplay umfasst und das mechanische Schaltelement einen Taster umfasst.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bediensystem, umfassend eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß der vorhergehenden Beschreibung sowie eine Steuergerät, wobei das Steuergerät ausgebildet ist, auf Basis eines Signals eines berührungssensitiven

Bedienelements der Schaltungsanordnung eine Funktion zu selektieren und die selektierte Funktion auf Basis eines Signals eines mechanischen Schaltelements der

Schaltungsanordnung auszulösen. Das Steuergerät kann auch in das Bedienelement integriert sein. Das Bediensystem ist vorzugsweise für ein Fahrzeug ausgebildet, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug.

Die Funktion kann beispielsweise eine Gangwahlschaltung, eine Mittelkonsole, eine

Dachkonsole, eine Tür, ein ABT oder auch eine beliebige andere Schaltfunktion, bei der ein haptisches Feedback gewünscht ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und/oder ein erfindungsgemäßes Bediensystem gemäß der

vorhergehenden Beschreibung.

Vorzugsweise handelt es sich um ein Kraftfahrzeug.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen

Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer Explosionsdarstellung;

Figuren 2, 3 die Schaltungsanordnung aus Figur 1 in prinzipskizzenhafter Darstellung; und

Figur 4 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen

Bediensystem.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10 in einer Explosionsdarstellung. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst ein Trägerelement 12.

Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 10 ein berührungssensitives Bedienelement 14. Das Bedienelement 14 umfasst eine Baugruppe mit einem Touchdisplay 16 und einem mehrteiligen Gehäuse 18 und bildet mit diesen ein steifes Modul. Zwischen dem Bedienelement 14 und dem Trägerelement 12 ist ein mechanisches Schaltelement 20 angeordnet. Dieses umfasst einen Taster 22, der unter Überwindung einer Rückstellkraft R eindrückbar ist und dann ein Signal auszugeben vermag.

Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 10 eine Schaltungskinematik 24, die einen Hebel 26.1 und einen weiteren Hebel 26.2 aufweist.

Zur weiteren Beschreibung der Schaltungsanordnung 10 wird nun auf Figur 2 bezuggenommen, wo die Schaltungsanordnung 10 aus Figur 1 in prinzipskizzenhafter Darstellung gezeigt ist.

Zu erkennen sind die beschriebenen Elemente der Schaltungsanordnung 10: das

Trägerelement 12, das Bedienelement 14, das mechanische Schaltelement 20 sowie der Hebel 26.1 und der weitere Hebel 26.2.

Der Hebel 26.1 umfasst einen Kipppunkt 30, in dem der Hebel 26.1 gelenkig an dem

Trägerelement 12 befestigt ist. Ausgehend von dem Kipppunkt 30 erstreckt sich der Hebel 26.1 in eine Richtung 32 und in eine andere Richtung 34.

In der einen Richtung 32 ist der Hebel 26.1 gelenkig mit dem Bedienelement 14 verbunden. In der anderen Richtung 34 erstreckt sich der Hebel 26.1 bis zu einem Endabschnitt 36.

Am Endabschnitt 36 grenzen der Hebel 26.1 und der weitere Hebel 26.2 aneinander an. Der weitere Hebel 26.2 ist zu dem Hebel 26.1 komplementär ausgebildet. In diesem Beispiel ist der weitere Hebel 26.2 baulich mit dem Hebel 26.1 identisch und kinematisch spiegelbildlich angeordnet und gelagert, bezogen auf die lediglich zur Erklärung gezeigte Hilfsebene H. Dort, wo die Hebel 26.1 , 26.2 im Endabschnitt 36 aneinander angrenzen, umfassen sie jeweils ein Verzahnungsprofil 38 (vergleiche Figur 1), die miteinander im Eingriff sind.

Das Trägerelement 12 umfasst ein Anschlagelement 40, auf dem der Hebel 26.1 und der weitere Hebel 26.2 zur Anlage gebracht werden können.

Zwischen dem Hebel 26.1 und dem Bedienelement 14 ist das mechanische Schaltelement 20 angeordnet. Bezogen auf den Kipppunkt 30 des Hebels 26.1 ist das mechanische

Schaltelement 20 entlang der anderen Richtung 34 angeordnet. Das Bedienelement 14 und das Trägerelement 12 sind nun in einer Linearbewegung L relativ zueinander verlagerbar. Der Einfachheit halber wird zur weiteren Erklärung angenommen, dass das Trägerelement 12 statisch an einem nicht gezeigten Umweltsystem befestigt ist. Demnach ist das Bedienelement 14 in der Linearbewegung L auf das T rägerelement 12 linear zu verlagerbar oder von diesem linear weg verlagerbar.

In dem in Figur 2 gezeigten Zustand ist die Schaltungsanordnung 10 in einer Ruhestellung gezeigt, in der der Hebel 26.1 und der weitere Hebel 26.2 auf dem Anschlagelement 40 zur Anlage gebracht sind. Das mechanische Schaltelement 20 ist in diesem Beispiel an dem Bedienelement 14 befestigt. In der Ruhestellung wirkt die Rückstellkraft R als Vorspannkraft zwischen dem Bedienelement 14 und dem Hebel 26.1. Es bewirkt somit die sichere Anlage der Hebel 26.1 , 26.2 auf dem Anschlagelement 40 und das Bedienelement 14 befindet sich am oberen Ende (in z-Richtung) der Linearbewegung L. Durch Positionierung des mechanischen Schaltelements 20 entlang der anderen Richtung 34 kann eine Übersetzung eingestellt werden, mit der die Rückstellkraft R das Bedienelement 14 über die Hebel 26.1 , 26.2 in der

Linearbewegung L nach oben drückt.

Unter Bezugnahme auf Figur 3 wird nachstehend erklärt, wie die Schaltungsanordnung 10 in der Linearbewegung L zwischen der Ruhestellung und einer Schaltstellung (die in Figur 3 gezeigt ist) verlagert werden kann. Die Linearbewegung L entspricht hier also einem

Bedienweg. Abgesehen vom in Figur 3 gezeigten Betriebszustand entsprechen alle Elemente denen der Figur 2, sodass diese nicht im Detail nochmals beschreiben werden.

In Figur 3 ist ersichtlich, dass eine Bedienkraft B, beispielsweise durch einen Bediener, auf das Bedienelement 14 ausgeübt wird. Durch die Bedienkraft B wird die Schaltungsanordnung 10 aus der Ruhestellung (Figur 2) in die Schaltstellung überführt. In der Schaltstellung befindet sich das Bedienelement 14 am unteren Ende (in z-Richtung) der Linearbewegung L und kommt an dem Trägerelement 12 in einem Anlagebereich 42 zur Anlage. In anderen

Ausführungsbeispielen können auch die Hebel 26.1 , 26.2 im Endabschnitt 36 an dem

Bedienelement 14 zur Anlage kommen.

Damit die Schaltungsanordnung 10 von der Ruhestellung in die Schaltstellung überführbar ist, muss die Rückstellkraft R durch die Bedienkraft B unter Berücksichtigung der Übersetzung durch die Schaltungskinematik 24 überwunden werden. Die Übersetzung kann durch

Positionierung des mechanischen Schaltelements 20 entlang der anderen Richtung 34 des Hebels 26.1 eingestellt werden. Wird die Rückstellkraft R durch die Bedienkraft B überwunden, so erfolgt eine

Rotationsbewegung RO der Hebel 26.1 , 26.2. Durch das Verzahnungsprofil 38 ist sichergestellt, dass beide Hebel 26.1 , 26.2 sich absolut synchron bewegen. Es spielt somit keine Rolle, wo genau die Bedienkraft B auf das Bedienelement 14 einwirkt.

Sobald die Bedienkraft B soweit reduziert wird, dass sie die Rückstellkraft R nicht mehr überwinden kann, kehrt die Schaltungsanordnung 10 in die in Figur 2 gezeigte Ruhestellung zurück, in der die Hebel 26.1 , 26.2 im vorliegenden Beispiel parallel zu dem Trägerelement 12 und dem Bedienelement 14 orientiert sind.

In Figur 4 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 44 gezeigt, bei dem es sich exemplarisch um ein Kraftfahrzeug 46 handelt.

Das Fahrzeug 44 ist mit einem erfindungsgemäßen Bediensystem 48 ausgestattet, welches eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10 umfasst, die beispielsweise jener der Figuren 1 bis 3 entsprechen kann.

Das Bediensystem 48 umfasst ein Steuergerät 50. Das Steuergerät 50 ist ausgebildet, auf Basis eines Signals 52 eine Funktion des Fahrzeugs 44 zu selektieren. Das Signal 52 wird durch ein berührungssensitives Bedienelement 14 der Schaltungsanordnung 10 erzeugt, wenn es beispielsweise durch einen Bediener berührt wird.

Das Steuergerät 50 ist ferner ausgebildet, die selektierte Funktion auf Basis eines Signals 54 auszulösen. Das Signal 54 wird durch ein mechanisches Schaltelement 20 der

Schaltungsanordnung 10 erzeugt, wenn, wie in Figur 3 gezeigt, die Schaltungsanordnung 10 aus der Ruhestellung in die Schaltstellung übergegangen ist und somit das mechanische Schaltelement 20 durchschaltet. Bezugszeichenliste

Schaltungsanordnung

Trägerelement

Bedienelement

Touchdisplay

Gehäuse

Schaltelement

Taster

Schaltungskinematik

Hebel

weiterer Hebel

Kipppunkt

eine Richtung

andere Richtung

Endabschnitt

Verzahnungsprofil

Anschlagelement

Anlagebereich

Fahrzeug

Kraftfahrzeug

Bediensystem

Steuergerät

Signal

Signal