WO2012041417A1 - Schaltvorrichtung - Google Patents

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    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/96062—Touch switches with tactile or haptic feedback

Definitions

  • the invention relates to a switching device, in particular in motor vehicles.
  • touch-sensitive switching devices such as e.g. Touchpads
  • tactile switching devices such as mechanical rocker or push button known.
  • a switching path is to be overcome, which has a defined force-displacement characteristic curve, for example, by using a switching mat or snap-action disc.
  • tactile feedback to the operator on touch-sensitive switches is not necessarily present, but may be generated by knockers or the like.
  • the resulting feedback does not feel like the usual and desired feedback of a tactile switch button for the operator.
  • the object of the invention is thus to provide a switching device which operates in an energy-efficient and touch-sensitive manner and can (preferably optionally) impart a switching feel comparable to tactile switching devices.
  • this object is achieved by a switching device, in particular in motor vehicles, _ with an adjustable, touch-sensitive switching element, which is switchable by a pressure exerted in an operating direction Berntondruck, wherein the switching element can assume a first starting position in which the switching element in the actuating direction on a Abutment supported, and wherein the switching element can assume a second starting position, in which the switching element is adjusted relative to the first starting position by a predeterminable way counter to the actuating direction.
  • the touch-sensitive switching element can thus be between its first starting position, in which a movement in the direction of actuation is blocked (touch-sensitive switching without tactile feedback), and its second starting position, in which a movement in the direction of actuation is possible (touch-sensitive switching with tactile feedback), adjust.
  • the predetermined path between the two starting positions can be as "Virtual Kunststoffweg” are considered because he mediates the switching feeling of a traditional switching mechanism with switching path in the second starting position of the switching element despite a continued touch-sensitive switching operation.
  • a spring which acts on the switching element in the actuating direction against the abutment.
  • the spring thus generates a bias, which ensures clearly defined and rattle-free switching positions of the switching device.
  • a movable between two end positions permanent magnet is provided, which can act on the switching element against the operating direction of the abutment away.
  • This permanent magnet thus allows easy adjustment of the switching element between its two starting positions.
  • a magnetic force of the permanent magnet acting counter to the actuation direction on the switching element is preferably smaller than a spring force of the spring acting on the switching element in the actuation direction.
  • a magnetic force of the permanent magnet acting counter to the actuating direction on the switching element is preferably larger than a spring force of the spring acting on the switching element in the actuating direction.
  • the starting position of the switching element is thus directly coupled to the end position of the permanent magnet.
  • the switching force resulting from the contact pressure and necessary for switching the switching element in the second end position of the permanent magnet corresponds essentially to the difference between magnetic force and spring force.
  • an energizable solenoid unit is provided with a coil axis, wherein the permanent magnet is at least partially received in the magnetic coil unit and movable in the axial direction between a first end position and a second end position.
  • the coil axis preferably extends substantially parallel to the actuating direction of the touch-sensitive switching element.
  • the magnet coil unit preferably has a different inductance in the first end position of the permanent magnet than in the second end position of the permanent magnet, wherein a device for measuring the inductance of the magnet coil unit is provided.
  • the position of the permanent magnet can be determined at any time and thus also obtain information as to whether a switching operation of the switching device takes place with or without tactile feedback.
  • a first magnetizable component in particular a first magnetic yoke of a magnetic coil unit, is provided which axially fixes the permanent magnet in an axial first end position by a magnetic force when the magnetic coil unit is de-energized.
  • a second magnetizable component in particular a second magnetic yoke of a magnetic coil unit, is provided, which axially fixes the permanent magnet in an axial second end position by a magnetic force in de-energized magnetic coil unit.
  • the touch-sensitive switching element is coupled to an axially movable, magnetizable body aligned substantially coaxially with the permanent magnet.
  • the touch-sensitive switching element may be attached to a first lever arm and the magnetizable body to a second lever arm of a two-armed lever.
  • the touch-sensitive switching element can be connected to the magnetizable body and be movable together with the magnetizable body in the axial direction. This leads to a compact and structurally simple design of the switching device, which ultimately also has an advantageous effect on the manufacturing costs.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a switching device according to the invention according to a first embodiment, with a switching element in a first starting position;
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the switching device according to the invention according to Figure 1, with the switching element in a second starting position;
  • FIG. 3 shows a diagram with a force / displacement characteristic that occurs during the switching operation of the switching device according to FIG. 2;
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a switching device according to the invention according to a second embodiment, with a switching element in a first starting position;
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the switching device according to the invention according to Figure 4, with the switching element in a second starting position;
  • FIG. 6 is a schematic sketch of the switching device according to the invention according to Figure 5 after the application of a switching force.
  • Figures 1 and 2 show a first embodiment of a switching device 10, in particular in motor vehicles, with an adjustable, touch-sensitive switching element 12, which is switchable by a pressure exerted in an operating direction s contact pressure.
  • the touch-sensitive switching element 12 is, for example, a well-known, touch-sensitive capacitive field as used for example in conventional touchpads.
  • the touch-sensitive switching element 12 is located in FIG. 1 in a first starting position, in which the switching element 12 is supported on an abutment 14 in the actuating direction s. This means that the switching element 12 is switched at touch pressure applied in the direction of actuation s, without it noticeably moving for the operator. In other words, the switching device 10 has no tactile feedback when switching when the switching element 12 is in its first starting position.
  • the switching process is purely touch-sensitive.
  • FIG. 2 shows a sketch of the switching device 10 according to Figure 1, wherein the switching element 12 is in a second starting position in which the switching element 12 is compared to the first starting position by a.
  • Predeterminable way XT against the operating direction s is adjusted. Accordingly, the switching element 12 can be adjusted in its direction of actuation s by the way.
  • the predeterminable path Xi can also be referred to as a "virtual switching path" since it provides the operator with tactile feedback, but the actual switching process continues to be purely touch-sensitive, just as in FIG.
  • An operator of the switching device 10 can thus choose between a touch-sensitive switching operation without tactile feedback (see FIG. 1) and a touch-sensitive switching operation with tactile feedback (see FIG.
  • the switching device 10 a spring 16, which the switching element 12 in the actuation direction s against the abutment 14, that is, in the first initial position shown in Figure 1, applied.
  • the spring 16 is a tension spring, which acts on the switching element 12 with a spring force F Fe against the abutment 14.
  • a compression spring which acts on the switching element 12 in the actuation direction s against the abutment 14.
  • the switching device 10 further comprises a movable between two end positions permanent magnet 18, the switching element 12 against the operating direction s from the abutment 14 away, that is, in the second starting position shown in Figure 2, can act upon.
  • a magnetic force F magnet of the permanent magnet 18 acting on the switching element 12 is smaller than a spring force F spring of the spring 16 acting on the switching element 12 in the actuation direction s.
  • the first starting position of the switching element 12 is directly coupled to the first end position of the permanent magnet 18 and the second starting position of the switching element 12 directly to the second end position of the permanent magnet 18, which can be adjusted via the position of the permanent magnet 18, the starting position of the switching element 12.
  • an energizable solenoid unit 20 with a coil axis A is furthermore provided, wherein the permanent magnet 18 is at least partially received in the magnetic coil unit 20 and in the axial direction between the first end position ( Figure 1) and the second end position (see Figure 2) is movable.
  • a first magnetizable member 22 is provided, the gnetfixier_ng axially fixed in the first end position of the permanent magnet 18 in de-energized magnetic coil unit 20 by a magnetic force F Ma .
  • the first magnetizable component 22 is in the first embodiment according to Figures 1 and 2, an iron sheet, which is arranged axially immovable to the solenoid unit 20.
  • a second magnetizable member 24 is provided, which in a de-energized solenoid unit 20 axially fixes the permanent magnet 18 by a magnetic force F 'Magne tfixi e tion in the second end position.
  • the magnet coil unit 20 comprises a coil body 26, in particular made of plastic, and a metal wire 28, in particular a copper enameled wire, which is wound onto the coil body 26.
  • the magnetic coil unit 20 comprises a magnet pot 30, in particular of iron, which encloses the wound metal wire 28 and the bobbin 26, and a magnetic yoke 32, which forms the second magnetizable component 24 in the first embodiment of the switching device 10 ( Figure 2).
  • the magnetic coil unit 20 has in the first end position of the permanent magnet 18 according to Figure 1, a different inductance than in the second end position of the permanent magnet 18 of Figure 2, wherein means 34 for measuring the inductance of the solenoid unit 20 is provided.
  • this device 34 can be determined at any time with little effort, whether the switching device 10 in an operating condition without tactile feedback of a switching operation (first initial position of the switching element 12 of Figure 1) or in an operating state with tactile feedback of a switching operation (second initial position of the switching element 12th according to FIG. 2).
  • the touch-sensitive switching element 12 is provided with a substantially coaxial with the permanent magnet 18, axially movable, magnetizing baren body 36 coupled. According to the first embodiment in Figures 1 and 2, the touch-sensitive switching element 12 is attached to a first lever arm 38 and the magnetizable body 36 to a second lever arm 40 of a two-armed lever 42, wherein the lever 42 can be pivoted about a pivot point D.
  • the function of the switching device 10 is as follows:
  • the resulting from the magnetic force F magnet torque is smaller than the opposing acting, from the spring force F Fe resulting torque, so that the switching element 12 assumes its first starting position in which it is in its direction of actuation s (permanently) on the abutment 14 is supported.
  • the switching of the switching device 10 takes place in this case tactile not tactile for the operator, purely touch-sensitive by the applied by the operator switching force F SC hait-
  • the resulting from the magnetic force F Mag net torque is greater than the oppositely acting, from the spring force F Fe resulting torque, so that the switching element 12 assumes the second starting position.
  • the magnetic yoke 32 of the solenoid unit 20 forms an axial stop for the permanent magnet 18, which in turn forms an axial stop for the magnetizable body 36, so that the second starting position of the switching element 12 is exactly defined.
  • the required switching force Fschait is again applied via the contact pressure, so that the switching element 12 switches in a touch-sensitive manner.
  • the switching force F SC ait is also sufficient to displace the switching element 12 in its actuating direction s by the predeterminable distance x 1. This is done with the support of the spring force F Fe and against the magnetic force F Ma gnet between the permanent magnet 18 and the magnetizable body 36th
  • FIGS. 4 to 6 show a second embodiment of the switching device 10. Since the operating principle and many of the structural features do not differ from the first embodiment according to FIGS. 1 and 2, reference is explicitly made in this respect to the above description of FIGS. 1 to 3. To avoid repetition, only structural differences will be discussed below.
  • FIG. 4 shows, analogously to FIG. 1, the switching device 10 with the switching element 12 in the first starting position
  • FIG. 5 shows the switching device 10 with the switching element 12 in the second starting position analogously to FIG. Starting from FIG. 5,
  • FIG. 6 finally shows the switching device 10 after the application of the switching force F Sc .
  • the second embodiment of the switching device 10 differs mainly from the first embodiment in that the touch-sensitive switching element 12 according to the figures 4 to 6 connected to the magnetizable body 36 and is movable together with this in the axial direction.
  • the switching element 12 and the magnetizable body 36 are in the present case, for example, by housing webs 44 connected to each other and in the axial direction relative to the solenoid unit 20 by the predeterminable distance ⁇ adjustable.
  • the abutment 14 is formed here by the magnet coil unit 20.
  • the coil axis A extends substantially parallel to the actuation direction s of the touch-sensitive switching element 12. Variations are also conceivable in the first embodiment in which the coil axis A is substantially parallel to the actuation direction s of the touch-sensitive switching element 12 extends, this depends largely on the shape and arrangement of the lever 42.
  • the magnet coil unit 20 comprises a magnet tube 46, preferably made of iron, as well as a first magnet yoke 48, preferably made of iron, and a second magnet yoke 50, also preferably made of iron.
  • the first yoke 48 takes on the function of the first magnetizable member 22 and the second yoke 50, the function of the second magnetizable member 24.
  • the magnetic force F Ma gnetfix ist between the first magnetic yoke 48 and the permanent magnet 18 in the first end position (see FIG. 4) It is sufficient to keep the permanent magnet 18 in this first end position even when the magnetic coil unit 20 is de-energized, although the first magnetic yoke 48 does not form an axial stop for the permanent magnet 18.
  • Another difference from the first embodiment is provided between the permanent magnet 18 and the magnetizable body 36 and the second magnetic yoke 50 spacer 52, which is preferably formed of plastic.
  • the magnetic force F Magne t between the permanent magnet 18 and the magnetizable body 36 as well as the magnetic force F ' M can be fixed via this spacer 52 between the permanent magnet 18 and the second magnetic yoke 50 in the second end position of the permanent magnet 18 (see FIGS. 5 and 6). be adjusted to a desired value with little effort.
  • the permanent magnet 18 can be moved between its first end position (FIG. 4) and its second end position (FIGS. 5 and 6) by means of brief energization of the magnet coil unit 20.
  • the adjustable switching element 12 assumes the first starting position according to FIG. 4 or the second starting position according to FIG.
  • the switching device 10 can be switched in a touch-sensitive manner without tactile feedback (cf., FIG. 4) or with tactile feedback (compare FIGS. 5 and 6).
  • the tactile feedback gives the operator the feeling of a traditional mechanical gearshift via a virtual gearshift.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung (10), insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem verstellbaren, berührungsempfindlichen Schaltelement (12), welches durch einen in einer Betätigungsrichtung (s) ausgeübten Berührdruck schaltbar ist, wobei das Schaltelement (12) eine erste Ausgangsstellung einnehmen kann, in der sich das Schaltelement (12) in der Betätigungsrichtung (s) an einem Widerlager (14) abstützt, und wobei das Schaltelement (12) eine zweite Ausgangsstellung einnehmen kann, in der das Schaltelement (12) gegenüber der ersten Ausgangsstellung um einen vorbestimmbaren Weg (x1) entgegen der Betätigungsrichtung (s) verstellt ist.

Description

Schaltvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, insbesondere in Kraftfahrzeugen. Aus dem Stand der Technik sind sowohl berührungssensitive Schaltvorrichtungen wie z.B. Touchpads, als auch taktile Schaltvorrichtungen wie z.B. mechanische Wipp- oder Tastschalter bekannt. Beim Schalten taktiler Schaltvorrichtungen ist ein Schaltweg zu überwinden, der beispielsweise durch Verwendung einer Schaltmatte oder Schnappscheibe eine definierte Kraft-Weg- Kennlinie aufweist. Demgegenüber sind fühlbare Rückmeldungen an den Bediener bei berührungssensitiven Schaltern nicht zwangsläufig vorhanden, können aber durch Klopfer oder Ähnliches erzeugt werden. Die dabei entstehende Rückmeldung fühlt sich für den Bediener jedoch nicht wie die gewohnte und gewünschte Rückmeldung einer taktilen Schalttaste an. Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung einer energieeffizient und berührungssensitiv arbeitenden Schaltvorrichtung, die (bevorzugt wahlweise) ein mit taktilen Schaltvorrichtungen vergleichbares Schaltgefühl vermitteln kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltvorrichtung, insbesondere in Kraftfahrzeugen, _ mit einem verstellbaren, berührungsempfindlichen Schaltelement, welches durch einen in einer Betätigungsrichtung ausgeübten Berührdruck schaltbar ist, wobei das Schaltelement eine erste Ausgangsstellung einnehmen kann, in der sich das Schaltelement in Betätigungsrichtung an einem Widerlager abstützt, und wobei das Schaltelement eine zweite Ausgangsstellung einnehmen kann, in der das Schaltelement gegenüber der ersten Ausgangsstellung um einen vorbestimmbaren Weg entgegen der Betätigungsrichtung verstellt ist. Das berührungsempfindliche Schaltelement lässt sich somit zwischen seiner ersten Ausgangsstellung, in der eine Bewegung in der Betätigungsrichtung blockiert ist (berührungssensitives Schalten ohne taktile Rückmeldung), und seiner zweiten Ausgangsstellung, in der eine Bewegung in der Betätigungsrichtung möglich ist (berührungssensitives Schalten mit taktiler Rückmeldung), verstellen. Der vorbestimmte Weg zwischen den beiden Ausgangsstellungen kann dabei als „virtueller Schaltweg" angesehen werden, da er in der zweiten Ausgangsstellung des Schaltelements trotz einem weiterhin berührungssensitiven Schaltvorgang das Schaltgefühl einer traditionellen Schaltmechanik mit Schaltweg vermittelt.
In einer Ausführungsform der Schaltvorrichtung ist eine Feder vorgesehen, die das Schaltelement in Betätigungsrichtung gegen das Widerlager beaufschlagt. Die Feder erzeugt somit eine Vorspannung, welche für klar definierte und klapperfreie Schaltstellungen der Schaltvorrichtung sorgt.
Bevorzugt ist ein zwischen zwei Endpositionen bewegbarer Dauermagnet vorgesehen, der das Schaltelement entgegen der Betätigungsrichtung vom Widerlager weg beaufschlagen kann. Dieser Dauermagnet ermöglicht damit eine einfache Verstellung des Schaltelements zwischen seinen beiden Ausgangsstellungen.
In einer ersten Endposition des bewegbaren Dauermagneten ist dabei eine entgegen der Betätigungsrichtung auf das Schaltelement wirkende Magnetkraft des Dauermagneten vorzugsweise kleiner als eine in der Betätigungsrichtung auf das Schaltelement wirkende Federkraft der Feder. Durch ein derartiges Kräfteverhältnis wird sichergestellt, dass das Schaltelement in der ersten Endposition des Dauermagneten seine erste Ausgangsstellung einnimmt.
Hingegen ist in einer zweiten Endposition des bewegbaren Dauermagneten eine entgegen der Betätigungsrichtung auf das Schaltelement wirkende Magnetkraft des Dauermagneten vorzugsweise größer als eine in der Betätigungsrichtung auf das Schaltelement wirkende Federkraft der Feder. Durch dieses Kräfteverhältnis wird entsprechend sichergestellt, dass sich das Schaltelement in der zweiten Endposition des Dauermagneten in seiner zweiten Ausgangsstellung befindet.
Idealerweise ist somit die Ausgangsstellung des Schaltelements unmittelbar an die Endposition des Dauermagneten gekoppelt.
Besonders bevorzugt entspricht die aus dem Berührdruck resultierende, zum Schalten des Schaltelements notwendige Schaltkraft in der zweiten Endposition des Dauermagneten betragsmäßig im Wesentlichen der Differenz aus Magnetkraft und Federkraft. Dadurch setzt in der zweiten Endposition des Dauermagneten eine taktile Rückmeldung der Schaltvorrichtung im Wesentlichen zeitgleich mit dem berührungssensitiv ausgelösten Schaltvorgang des Schaltelements ein.
In einer weiteren Ausführungsform der Schaltvorrichtung ist eine bestrombare Magnetspuleneinheit mit einer Spulenachse vorgesehen, wobei der Dauermagnet wenigstens teilweise in der Magnetspuleneinheit aufgenommen und in axialer Richtung zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition bewegbar ist. Durch entsprechende Bestromung der Magnetspuleneinheit lässt sich der Dauermagnet folglich mit geringem Aufwand zwischen seinen beiden Endpositionen verstellen.
Die Spulenachse erstreckt sich dabei vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Betätigungsrichtung des berührungsempfindlichen Schaltelements.
Die Magnetspuleneinheit weist in der ersten Endposition des Dauermagneten bevorzugt eine andere Induktivität auf als in der zweiten Endposition des Dauermagneten, wobei eine Einrichtung zum Messen der Induktivität der Magnetspuleneinheit vorgesehen ist. Somit lässt sich jederzeit die Position des Dauermagneten bestimmen und damit auch eine Information gewinnen, ob ein Schaltvorgang der Schaltvorrichtung mit oder ohne taktile Rückmeldung erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform der Schaltvorrichtung ist ein erstes magnetisierbares Bauteil, insbesondere ein erstes Magnetjoch einer Magnetspuleneinheit, vorgesehen, das bei unbestromter Magnetspuleneinheit den Dauermagneten in einer axialen ersten Endposition durch eine Magnetkraft axial fixiert. Dies ist energetisch äußerst vorteilhaft, da somit ohne Energiebedarf der Magnetspuleneinheit ein berührungssensitives Schalten der Schaltvorrichtung ohne taktile Rückmeldung ermöglicht wird.
Besonders bevorzugt ist (zusätzlich) ein zweites magnetisierbares Bauteil, insbesondere ein zweites Magnetjoch einer Magnetspuleneinheit, vorgesehen, das bei unbestromter Magnetspuleneinheit den Dauermagneten in einer axialen zweiten Endposition durch eine Magnetkraft axial fixiert. Dies ist energetisch äußerst vorteilhaft, da somit ohne Energiebedarf der Magnetspuleneinheit ein berührungssensitives Schalten der Schaltvorrichtung mit taktiler Rückmeldung ermöglicht wird. In einer weiteren Ausführungsform der Schaltvorrichtung ist das berührungsempfindliche Schaltelement mit einem im Wesentlichen koaxial zum Dauermagneten ausgerichteten, axial beweglichen, magnetisierbaren Körper gekoppelt.
Hierbei können das berührungsempfindliche Schaltelement an einem ersten Hebelarm und der magnetisierbare Körper an einem zweiten Hebelarm eines zweiarmigen Hebels befestigt sein.
Alternativ kann das berührungsempfindliche Schaltelement mit dem magnetisierbaren Körper verbunden und gemeinsam mit dem magnetisierbaren Körper in axialer Richtung bewegbar sein. Dies führt zu einem kompakten und konstruktiv einfachen Aufbau der Schaltvorrichtung, was sich letztlich auch vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einem Schaltelement in einer ersten Ausgangsstellung;
- Figur 2 eine schematische Skizze der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß Figur 1 , mit dem Schaltelement in einer zweiten Ausgangsstellung;
- Figur 3 ein Diagramm mit einer Kraft/Weg-Kennlinie, die sich beim Schaltvorgang der Schaltvorrichtung gemäß Figur 2 einstellt;
- Figur 4 eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, mit einem Schaltelement in einer ersten Ausgangsstellung;
- Figur 5 eine schematische Skizze der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß Figur 4, mit dem Schaltelement in einer zweiten Ausgangsstellung; und
- Figur 6 eine schematische Skizze der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß Figur 5 nach dem Aufbringen einer Schaltkraft. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer Schaltvorrichtung 10, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem verstellbaren, berührungsempfindlichen Schaltelement 12, welches durch einen in einer Betätigungsrichtung s ausgeübten Berührdruck schaltbar ist. Das berührungsempfindliche Schaltelement 12 ist dabei zum Beispiel ein allgemein bekanntes, berührungssensitives kapazitives Feld wie es beispielsweise auch bei herkömmlichen Touchpads eingesetzt wird.
Das berührungsempfindliche Schaltelement 12 befindet sich in Figur 1 in einer ersten Ausgangsstellung, in welcher sich das Schaltelement 12 in der Be- tätigungsrichtung s an einem Widerlager 14 abstützt. Dies bedeutet, dass das Schaltelement 12 bei in Betätigungsrichtung s ausgeübtem Berührdruck geschaltet wird, ohne dass es sich für den Bediener spürbar bewegt. Mit anderen Worten weist die Schaltvorrichtung 10 beim Schalten keine taktile Rückmeldung auf, wenn sich das Schaltelement 12 in seiner ersten Ausgangsstellung befindet. Der Schaltvorgang erfolgt rein berührungssensitiv.
Die Figur 2 zeigt eine Skizze der Schaltvorrichtung 10 gemäß Figur 1 , wobei sich das Schaltelement 12 in einer zweiten Ausgangsstellung befindet, in der das Schaltelement 12 gegenüber der ersten Ausgangsstellung um einen .vorbestimmbaren Weg XT entgegen der Betätigungsrichtung s verstellt ist. Dementsprechend lässt sich das Schaltelement 12 in seiner Betätigungsrichtung s um den Weg verstellen. Der vorbestimmbare Weg Xi kann in diesem Fall auch als„virtueller Schaltweg" bezeichnet werden, da er dem Bediener eine taktile Rückmeldung vermittelt. Der eigentliche Schaltvorgang läuft jedoch nach wie vor rein berührungssensitiv ab, genau wie in Figur 1.
Ein Bediener der Schaltvorrichtung 10 kann somit wählen zwischen einem berührungssensitiven Schaltvorgang ohne taktile Rückmeldung (vgl. Figur 1 ) und einem berührungssensitiven Schaltvorgang mit taktiler Rückmeldung (vgl. Figur 2).
Gemäß den Figuren 1 und 2 weist die Schaltvorrichtung 10 eine Feder 16 auf, welche das Schaltelement 12 in der Betätigungsrichtung s gegen das Widerlager 14, das heißt also in die erste Ausgangsstellung gemäß Figur 1 , beaufschlagt. Im vorliegenden Fall ist die Feder 16 eine Zugfeder, welche das Schaltelement 12 mit einer Federkraft FFeder gegen das Widerlager 14 beaufschlagt. Statt der Zugfeder kann in alternativen Ausführungsformen selbstverständlich auch eine Druckfeder eingesetzt werden, welche das Schaltelement 12 in der Betätigungsrichtung s gegen das Widerlager 14 beaufschlagt.
Die Schaltvorrichtung 10 umfasst femer einen zwischen zwei Endpositionen bewegbaren Dauermagneten 18, der das Schaltelement 12 entgegen der Betätigungsrichtung s vom Widerlager 14 weg, das heißt also in die zweite Ausgangsstellung gemäß Figur 2, beaufschlagen kann.
In einer ersten Endposition des bewegbaren Dauermagneten 18 gemäß Figur 1 ist eine entgegen der Betätigungsrichtung s auf das Schaltelement 12 wirkende Magnetkraft FMagnet des Dauermagneten 18 kleiner als eine in der Betätigungsrichtung s auf das Schaltelement 12 wirkende Federkraft FFeder der Feder 16.
Hingegen ist in einer zweiten Endposition des bewegbaren Dauermagneten 18 gemäß Figur 2 die entgegen der Betätigungsrichtung s auf das Schaltelement 12 wirkende Magnetkraft FMagnet des Dauermagneten 18 größer als eine in der Betätigungsrichtung s auf das Schaltelement 12 wirkende Federkraft FFeder der Feder 16.
Folglich ist die erste Ausgangsstellung des Schaltelements 12 unmittelbar an die erste Endposition des Dauermagneten 18 und die zweite Ausgangsstellung des Schaltelements 12 unmittelbar an die zweite Endposition des Dauermagneten 18 gekoppelt, wodurch sich über die Position des Dauermagneten 18 die Ausgangsstellung des Schaltelements 12 einstellen lässt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante entspricht die aus dem Berührdruck resultierende, zum Schalten des Schaltelements 12 notwendige Schaltkraft FSChait in der zweiten Endposition (Figur 2) des Dauermagneten 18 betragsmäßig im Wesentlichen der Differenz aus Magnetkraft FMagnet und Federkraft Fpeder- Ein solches Kräfteverhältnis bietet den Vorteil, dass das berührungssensitive Schalten des Schaltelements 12 im Wesentlichen zeitgleich mit der taktilen Rückmeldung an den Bediener erfolgt. Außerdem wird dadurch sichergestellt, dass bei jedem berührungssensitiven Schaltvorgang eine taktile Rückmeldung erfolgt und umgekehrt.
In den Figuren 1 und 2 ist ferner eine bestrombare Magnetspuleneinheit 20 mit einer Spulenachse A vorgesehen, wobei der Dauermagnet 18 wenigstens teilweise in der Magnetspuleneinheit 20 aufgenommen und in axialer Richtung zwischen der ersten Endposition (Figur 1) und der zweiten Endposition (vgl. Figur 2) bewegbar ist. Ferner ist ein erstes magnetisierbares Bauteil 22 vorgesehen, das den Dauermagneten 18 bei unbestromter Magnetspuleneinheit 20 durch eine Magnetkraft FMagnetfixier_ng in der ersten Endposition axial fixiert. Das erste magnetisierbare Bauteil 22 ist in der ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2 ein Eisenblech, welches axial unverschieblich zur Magnetspuleneinheit 20 angeordnet ist. Außerdem ist ein zweites magnetisierbares Bauteil 24 vorgesehen, das den Dauermagneten 18 bei unbestromter Magnetspuleneinheit 20 durch eine Magnetkraft F'Magnetfixierung in der zweiten Endposition axial fixiert.
Die Magnetkräfte FMagnetfixierung und F'Magnetfixierung sind dabei so groß, dass der Dauermagnet 18 nur durch eine Bestromung der Magnetspuleneinheit 20 aus seiner ersten bzw. zweiten Endposition verstellt werden kann.
Die Magnetspuleneinheit 20 umfasst gemäß den Figuren 1 und 2 einen Spulenkörper 26, insbesondere aus Kunststoff, sowie einen Metalldraht 28, insbesondere einen Kupfer-Lackdraht, der auf den Spulenkörper 26 aufgewickelt ist. Darüber hinaus umfasst die Magnetspuleneinheit 20 einen Magnettopf 30, insbesondere aus Eisen, der den gewickelten Metalldraht 28 und den Spulenkörper 26 umschließt, sowie ein Magnetjoch 32, welches in der ersten Ausführungsform der Schaltvorrichtung 10 das zweite magnetisierbare Bauteil 24 bildet (Figur 2).
Die Magnetspuleneinheit 20 weist in der ersten Endposition des Dauermagneten 18 gemäß Figur 1 eine andere Induktivität auf als in der zweiten Endposition des Dauermagneten 18 gemäß Figur 2, wobei eine Einrichtung 34 zum Messen der Induktivität der Magnetspuleneinheit 20 vorgesehen ist. Mittels dieser Einrichtung 34 lässt sich jederzeit mit geringem Aufwand bestimmen, ob sich die Schaltvorrichtung 10 in einem Betriebszustand ohne taktile Rückmeldung eines Schaltvorgangs (erste Ausgangsstellung des Schaltelements 12 gemäß Figur 1) oder in einem Betriebszustand mit taktiler Rückmeldung eines Schaltvorgangs (zweite Ausgangsstellung des Schaltelements 12 gemäß Figur 2) befindet.
Das berührungsempfindliche Schaltelement 12 ist mit einem im Wesentlichen koaxial zum Dauermagneten 18 ausgerichteten, axial beweglichen, magnetisier- baren Körper 36 gekoppelt. Gemäß der ersten Ausführungsform in den Figuren 1 und 2 ist dabei das berührungsempfindliche Schaltelement 12 an einem ersten Hebelarm 38 und der magnetisierbare Körper 36 an einem zweiten Hebelarm 40 eines zweiarmigen Hebels 42 befestigt, wobei der Hebel 42 um einen Drehpunkt D verschwenkt werden kann.
Die Funktion der Schaltvorrichtung 10 ist wie folgt:
In der ersten Endposition des Dauermagneten 18 gemäß Figur 1 ist das aus der Magnetkraft FMagnet resultierende Drehmoment kleiner als das entgegengesetzt wirkende, aus der Federkraft FFeder resultierende Drehmoment, sodass das Schaltelement 12 seine erste Ausgangsstellung einnimmt, in der es sich in seiner Betätigungsrichtung s (permanent) am Widerlager 14 abstützt. Das Schalten der Schaltvorrichtung 10 erfolgt in diesem Fall für den Bediener taktil nicht spürbar, rein berührungssensitiv durch die vom Bediener aufgebrachte Schaltkraft FSChait-
In der zweiten Endposition des Dauermagneten 18 gemäß Figur 2 ist das aus der Magnetkraft FMagnet resultierende Drehmoment größer als das entgegengesetzt wirkende, aus der Federkraft FFeder resultierende Drehmoment, sodass das Schaltelement 12 die zweite Ausgangsstellung einnimmt. Das Magnetjoch 32 der Magnetspuleneinheit 20 bildet einen axialen Anschlag für den Dauermagneten 18, der wiederum einen axialen Anschlag für den magnetisierbaren Körper 36 bildet, sodass die zweite Ausgangsstellung des Schaltelements 12 exakt definiert ist.
Zum Schalten der Schaltvorrichtung 10 wird über den Berührdruck wiederum die erforderliche Schaltkraft Fschait aufgebracht, sodass das Schaltelement 12 berührungssensitiv schaltet. Die Schaltkraft FSC ait reicht in diesem Fall jedoch auch aus, um das Schaltelement 12 in seiner Betätigungsrichtung s um den vorbestimmbaren Weg x^ zu verstellen. Dies geschieht mit Unterstützung der Federkraft FFeder und entgegen der Magnetkraft FMagnet zwischen dem Dauermagneten 18 und dem magnetisierbaren Körper 36.
Bei dieser Verstellung des Schaltelements 12 in Betätigungsrichtung s ergibt sich eine Kennlinie 43, wie sie im Diagramm gemäß Figur 3 dargestellt ist, wobei auf der Abszisse ausgehend von der zweiten Ausgangsstellung gemäß Figur 2 der Weg x des Schaltelements 12 in Betätigungsrichtung s und auf der Ordinate die aufgebrachte Kraft F aufgetragen ist. Die dargestellte Kennlinie 43 ist der Kurve eines Schalters mit Schaltmatte oder Schnappscheibe sehr ähnlich, insbesondere dann, wenn der Hebel 42 über eine (nicht eingezeichnete) Druckfeder betätigt wird.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der Schaltvorrichtung 10. Da sich das Funktionsprinzip sowie viele der strukturellen Merkmale nicht von der ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2 unterscheiden, wird diesbezüglich explizit auf die obige Beschreibung der Figuren 1 bis 3 verwiesen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird im Folgenden lediglich auf strukturelle Unterschiede eingegangen.
Die Figur 4 zeigt analog zu Figur 1 die Schaltvorrichtung 10 mit dem Schaltelement 12 in der ersten Ausgangsstellung während die Figur 5 analog zu Figur 2 die Schaltvorrichtung 10 mit dem Schaltelement 12 in der zweiten Ausgangsstellung zeigt. Ausgehend von Figur 5 zeigt die Figur 6 schließlich die Schaltvorrichtung 10 nach dem Aufbringen der Schaltkraft FSchait-
Die zweite Ausführungsform der Schaltvorrichtung 10 unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von der ersten Ausführungsform, dass das berührungsempfindliche Schaltelement 12 gemäß den Figuren 4 bis 6 mit dem magnetisierbaren Körper 36 verbunden und gemeinsam mit diesem in axialer Richtung bewegbar ist. Das Schaltelement 12 und der magnetisierbare Körper 36 sind im vorliegenden Fall beispielsweise durch Gehäusestege 44 miteinander verbunden und in axialer Richtung relativ zur Magnetspuleneinheit 20 um den vorbestimmbaren Weg ΧΊ verstellbar.
Wie in den Figuren 4 und 6 zu sehen, wird das Widerlager 14 hier durch die Magnetspuleneinheit 20 gebildet.
In der zweiten Ausführungsform gemäß den Figuren 4 bis 6 erstreckt sich die Spulenachse A im Wesentlichen parallel zur Betätigungsrichtung s des berührungsempfindlichen Schaltelements 12. Auch in der ersten Ausführungsform sind Varianten denkbar, bei denen sich die Spulenachse A im Wesentlichen parallel zur Betätigungsrichtung s des berührungsempfindlichen Schaltelements 12 erstreckt, wobei dies maßgeblich von der Formgebung und Anordnung des Hebels 42 abhängt.
Statt dem Magnettopf 30 und dem Magnetjoch 32 gemäß den Figuren 1 und 2 umfasst die Magnetspuleneinheit 20 gemäß den Figuren 4 bis 6 ein Magnetrohr 46, vorzugsweise aus Eisen, sowie ein erstes Magnetjoch 48, vorzugsweise aus Eisen, und ein zweites Magnetjoch 50, ebenfalls vorzugsweise aus Eisen. Das erste Magnetjoch 48 übernimmt hierbei die Funktion des ersten magnetisierbaren Bauteils 22 und das zweite Magnetjoch 50 die Funktion des zweiten magnetisierbaren Bauteils 24. Die Magnetkraft FMagnetfixierung zwischen dem ersten Magnetjoch 48 und dem Dauermagneten 18 in der ersten Endposition (vgl. Figur 4) reicht dabei aus, um den Dauermagneten 18 auch bei unbestromter Magnetspuleneinheit 20 in dieser ersten Endposition zu halten, obwohl das erste Magnetjoch 48 keinen axialen Anschlag für den Dauermagneten 18 ausbildet.
Ein weiterer Unterschied zur ersten Ausführungsform ist die zwischen dem Dauermagneten 18 und dem magnetisierbaren Körper 36 bzw. zweiten Magnetjoch 50 vorgesehene Distanzscheibe 52, die vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet ist. Über diese Distanzscheibe 52 kann die Magnetkraft FMagnet zwischen dem Dauermagnet 18 und dem magnetisierbaren Körper 36 sowie die Magnetkraft F'Magnetfixierungt zwischen dem Dauermagnet 18 und dem zweiten Magnetjoch 50 in der zweiten Endposition des Dauermagneten 18 (vgl. Figuren 5 und 6) mit geringem Aufwand auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Auch in dieser zweiten Ausführungsform lässt sich der Dauermagnet 18 mittels einer kurzzeitigen Bestromung der Magnetspuleneinheit 20 zwischen seiner ersten Endstellung (Figur 4) und seiner zweiten Endstellung (Figuren 5 und 6) bewegen. Abhängig von diesen Endstellungen des Dauermagneten 18 nimmt das verstellbare Schaltelement 12 die erste Ausgangsstellung gemäß Figur 4 oder die zweite Ausgangsstellung gemäß Figur 5 ein. Je nach Ausgangsstellung des Schaltelements 12 lässt sich die Schaltvorrichtung 10 ohne taktile Rückmeldung (vgl. Figur 4) oder mit taktiler Rückmeldung (vgl. Figuren 5 und 6) berührungssensitiv schalten. Die taktile Rückmeldung vermittelt dem Bediener über einen virtuellen Schaltweg das Gefühl eines traditionellen mechanischen Schaltvorgangs.

Claims

Patentansprüche
1 . Schaltvorrichtung, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit
einem verstellbaren, berührungsempfindlichen Schaltelement (12), welches durch einen in einer Betätigungsrichtung (s) ausgeübten Berührdruck schaltbar ist,
wobei das Schaltelement (12) eine erste Ausgangsstellung einnehmen kann, in der sich das Schaltelement (12) in Betätigungsrichtung (s) an einem Widerlager (14) abstützt, und
wobei das Schaltelement (12) eine zweite Ausgangsstellung einnehmen kann, in der das Schaltelement (12) gegenüber der ersten Ausgangsstellung um einen vorbestimmbaren Weg (x^) entgegen der Betätigungsrichtung (s) verstellt ist.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (16) vorgesehen ist, die das Schaltelement (12) in Betätigungsrichtung (s) gegen das Widerlager (1 ) beaufschlagt.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen zwei Endpositionen bewegbarer Dauermagnet (18) vorgesehen ist, der das Schaltelement (12) entgegen der Betätigungsrichtung (s) vom Widerlager (14) weg beaufschlagen kann.
4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Endposition des bewegbaren Dauermagneten (18) eine entgegen der Betätigungsrichtung (s) auf das Schaltelement (12) wirkende Magnetkraft (FMagnet) des Dauermagneten (18) kleiner ist als eine in der Betätigungsrichtung (s) auf das Schaltelement (12) wirkende Federkraft (FFeder) der Feder (16).
5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 und 3 oder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Endposition des bewegbaren Dauermagneten (18) eine entgegen . der Betätigungsrichtung (s) auf das Schaltelement (12) wirkende Magnetkraft (F agnet) des Dauermagneten (18) größer ist als eine in der Betätigungsrichtung (s) auf das Schaltelement (12) wirkende Federkraft (FFeder) der Feder (16).
6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Berührdruck resultierende, zum Schalten des Schaltelements (12) notwendige Schaltkraft (FSChait) in der zweiten Endposition des Dauermagneten (18) betragsmäßig im Wesentlichen der Differenz aus Magnetkraft (FMagnet) und Federkraft (FFeder) entspricht.
7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestrombare Magnetspuleneinheit (20) vorgesehen ist, die eine Spulenachse (A) aufweist, wobei der Dauermagnet (18) wenigstens teilweise in der Magnetspuleneinheit (20) aufgenommen und in axialer Richtung zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition bewegbar ist.
8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spulenachse (A) im Wesentlichen parallel zur Betätigungsrichtung (s) des berührungsempfindlichen Schaltelements (12) erstreckt.
9. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspuleneinheit (20) in der ersten Endposition des Dauermagneten (18) eine andere Induktivität aufweist als in der zweiten Endposition des Dauermagneten, wobei eine Einrichtung (34) zum Messen der Induktivität der Magnetspuleneinheit (20) vorgesehen ist.
10. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes magnetisierbares Bauteil (22) vorgesehen ist, das den Dauermagneten (18) bei unbestromter Magnetspuleneinheit (20) in einer axialen ersten Endposition durch eine Magnetkraft (FMagnetfiXierung) axial fixiert.
11. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites magnetisierbares Bauteil (24) vorgesehen ist, das den Dauermagneten (18) bei unbestromter Magnetspuleneinheit (20) in einer axialen zweiten Endposition durch eine Magnetkraft (F'Magnettixierung) axial fixiert.
12. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das berührungsempfindliche Schaltelement (12) mit einem im Wesentlichen koaxial zum Dauermagneten (18) ausgerichteten, axial beweglichen, magnetisierbaren Körper (36) gekoppelt ist.
13. Schaltvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungsempfindliche Schaltelement (12) an einem ersten Hebelarm (38) und der magnetisierbare Körper (36) an einem zweiten Hebelarm (40) eines zweiarmigen Hebels (42) befestigt sind.
14. Schaltvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungsempfindliche Schaltelement (12) mit dem magnetisierbaren Körper (36) verbunden und gemeinsam mit dem magnetisierbaren Körper (36) in axialer Richtung bewegbar ist.
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