操作元件的制作方法

操作元件
1.本发明涉及一种操作元件，例如优选在交通工具，尤其是机动车辆、轨道交通工具、空中交通工具或水运交通工具中使用的操作元件。
2.在交通工具中设置有许多操作元件，操纵这些操作元件可能容易导致操作者分心。由此可能产生不期望的反应或可能甚至有发生事故的危险。
3.在该背景下，本发明所基于的任务在于，提供一种操作元件，该操作元件能够实现用户的尽可能小的分心。
4.该任务通过包括磁流变材料的操作元件来实现，该操作元件具有用于产生可变磁场的至少一个驱动器装置。
5.本发明的任务以这种方式完全解决。
6.根据本发明，可以通过磁场变化产生操作元件的触觉的变化。这尤其可以通过操作元件的形状的变化并且/或者通过操作元件的刚度的变化来引起。以这种方式可以实现与操作元件的用户的通信，而用户不必看操作元件本身并且因此分心。
7.磁流变材料可以是磁流变弹性体或磁流变流体。磁流变弹性体包含分散在弹性体中的磁流变材料。在此这通常是均匀分散在弹性体中的羰基铁粉末。对于特殊应用，磁流变材料也可以分散成具有一定的纹理。
8.在磁场的影响下，磁流变弹性体沿场方向取向。如果磁流变弹性体例如形成线圈的芯，则磁场引起线圈沿纵向方向的延长或者线圈沿横向方向的横截面减小。因此得到相应的形状改变，该形状改变作为改变的触觉可由用户领会到。
9.如果磁流变材料被设计为磁流变流体，则可以理解的是，该材料被密封地容纳在弹性体的空腔中。磁场的改变仅引起开关元件的粘度和因此刚度的改变，而不导致形状改变。刚度的改变也可以由用户作为改变的触觉而领会到。
10.根据本发明的另一设计方案，驱动器装置被设计用于产生操作元件的振动，尤其具有可由操作者察觉的不同的频率、不同的持续时间和/或间歇输出。
11.以这种方式，能够通过振动向用户指示输入例如是以正确的方式实现的。
12.因此，如果进行了正确的输入，例如电话号码的输入已经完成，则例如可以通过振动呈现给用户。或者可以通过不同的频率呈现给用户，例如应该进行用于提高特定值的输入还是用于降低特定值的输入。此外，可以使用不同的频率，以便给用户特定的反馈或对输入的特定要求。以相应的方式，可以使用不同的持续时间并且/或者使用频率的间歇输出，以便与用户通信。
13.根据本发明的另一设计方案，驱动器装置被设计成使得操作元件的至少一部分在激活时能够从表面突出或沉入在表面中。
14.以这种方式，当不需要操作元件时，操作元件例如可以保持沉入在表面中并且仅当需要输入时才被移出。
15.操作元件优选被设计为按钮或按键。
16.根据本发明的另一设计方案，操作元件包括多个单操作元件(einzelbedienelement)，这些单操作元件分别具有自有的驱动器装置。
17.以这种方式，可以实现例如用于输入电话号码的整个输入框。
18.根据本发明的另一设计方案，操作元件具有磁流变弹性体，该磁流变弹性体与用于产生可变磁场的线圈耦合，其中线圈与电开关装置耦合，并且在至少一个端部处藉由具有手动可动区域的端子与驱动器装置连接，其中开关装置具有用于监测这两个端子之间的磁场和/或电容的器件，以便在手动可动区域激活时触发开关过程。
19.以这种方式，操作元件与电开关装置组合。因此，操作元件以特别简单和紧凑的方式设计，以便一方面实现开关装置并且另一方面提供可变的触觉，以便能够与用户通信。
20.根据本发明的操作元件优选能够以3d打印制造。
21.在3d打印中，几乎可以实现任何形状，使得操作元件可以容易地适应于不同的应用和要求。
22.如上面已经提到的那样，根据本发明的操作元件优选可用于与操作者通信，为此使用操作元件的可由操作者察觉的触觉的变化。为此，例如可以使用振动，以便给操作者关于操作元件的激活的反馈或者以便要求操作者进行输入。
23.如已经提到的那样，根据本发明的操作元件优选能够使用在交通工具中，尤其机动车辆、轨道交通工具、空中交通工具或水运交通工具中。
24.应理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的上述特征和下面还要解释的特征不仅能够以分别给出的组合使用，而且能够以其他组合使用或单独使用。
25.从参照附图的优选实施例的以下说明中得出本发明的其他特征和优点。在附图中：
26.图1示出了根据本发明的具有磁流变弹性体的操作元件的示意图；
27.图2示出了根据本发明的具有磁流变流体的操作元件的第二实施方案的示意图；
28.图3示出了根据本发明的操作元件的示意图，该操作元件由多个磁流变单元件组成；
29.图4示出了在未激活状态下的根据本发明的操作元件的局部视图，该操作元件沉入在表面中；
30.图5示出了在激活状态下的根据图4的操作元件的视图，其中该操作元件部分地从表面突出；
31.图6示出了由九个单元件组成的操作元件的示意图，其中每个单元件附加地具有开关区域，以及
32.图7示出了根据本发明的操作元件的另一实施方案的放大图，该操作元件一方面可用作电开关元件并且另一方面具有磁流变弹性体，以便能够通过改变的触觉与用户通信。
33.图1中示出了根据本发明的操作元件的示意图，该操作元件整体上用数字10表示。该操作元件是具有呈块形式的磁流变弹性体12的操作元件10，该磁流变弹性体被线圈15包围。
34.磁流变弹性体12具有分散在弹性体基体中的可磁化粒子。在此这通常是均匀分散在弹性体基体中的羰基铁粉末。对于特殊应用，也可以存在纹理。
35.在施加外部磁场的情况下，可磁化粒子在磁场中可逆地磁化。由此得到形状改变，该形状改变能够引起长度改变，例如延长，如通过箭头23和24所表明的那样，并且引起相应
的横截面渐缩。磁流变弹性体12的刚度同样可以改变。整体上以14表示的驱动器装置包括线圈15、电压源20和开关22。
36.在此，电压源20和开关22优选可受到电子控制。该线圈例如可以是呈圆柱形的、长形的形状的环形线圈，磁流变弹性体12被包围在该环形线圈内。然而应理解的是，也可以是各种其它的线圈装置。
37.应理解的是，磁流变弹性体12不仅可以如所示那样以块形式设计，而且可以以几乎各种任何的形状设计，这可以容易地通过3d打印来呈现。因此，例如可以存在具有相同或不同单元件的中空结构或结构化的中空结构。
38.图2中示出了根据图1的实施方案的变型并且总体上用数字10a表示。此外，如在其他附图中一样，相应的附图标记用于相应的部件。
39.代替磁流变弹性体，在此设置有磁流变流体13，该磁流变流体被密封地包含在弹性体的空腔中。除此之外，结构对应于根据图1的装置。
40.在磁场的影响下，仅操作元件10a的刚度改变，而不产生形状变化。
41.根据图1或图2的操作元件10或10a可以是开关元件的一部分，利用该开关元件例如操纵电开关。操作元件10或10a因此例如可以是机械推杆的一部分，利用该机械推杆操纵电开关。驱动器装置14用于通过弹性体12的改变的形状和/或刚度来产生可变的触觉，该触觉可由操作者察觉。
42.因此，可以给操作者反馈例如是否以正确的方式操纵了操作元件，以便进行确定的输入。此外，尤其可以引起弹性体12的振动，其中可以使用不同的频率、不同的持续时间和/或间歇输出，以便与操作者交换确定的信息。
43.此外，操作元件也可以由多个单元件构成，如在图3和图6中示意性示出的那样。
44.根据图3的操作元件10b由例如九个单操作元件26、27、28、29、30、31、32、33、34构成，这些单操作元件以棋盘状的方式布置。每个单操作元件26至34具有带有线圈的自有的驱动器装置35、36、37、38、39、40、41、42、43，这些驱动器装置可以独立地被操控(端子未示出)。
45.以这种方式，可以实现较大的输入框，例如像电话键盘那样。借助于每个单操作元件26至34可以实现自有的开关过程，并且通过产生形状变化或者刚度的变化并且因此产生用户可感知的改变的触觉来实现与用户的通信。
46.在图4和图5中示出了根据本发明的操作元件的另一实施方式并且总体上用10c表示。在此，操作元件10c嵌入在表面45中并且在该表面内可运动。在激活的情况下，例如在图5中示例性地示出的是，操作元件10c’的一部分从表面45向外凸起地突出。
47.图6示出了整体上用10d表示的另一操作元件，该操作元件又由九个棋盘状布置的单操作元件26至34组成。
48.每个单操作元件26至34还具有开关区域47，该开关区域在手动激活时触发电开关过程。根据预先给定的结构，在未激活的状态下得到确定的压力点特性，通过该压力点特性可以在手动操纵时触发开关过程(故障安全运行)。在激活状态下，一方面可以改变开关特性，并且另一方面可以实现与用户的通信，如前面所描述的那样。
49.图7中示例性地示出了另一操作元件，其整体上用10e表示。在此涉及如下操作元件，在该操作元件中，一方面实现了电开关元件50，并且另一方面该操作元件与磁流变弹性
体12组合，以便产生可变的触觉。
50.线圈15藉由面状的端子16连接在磁流变弹性体12的第一端部上，该端子具有向外凸起地突出的开关区域47。
51.线圈15在其另一端部上藉由端子18与驱动器装置14连接。
52.在这两个端子16、18之间连接有开关装置50。开关装置50具有电子监测装置，该电子监测装置记录在手动压入开关区域47时这两个端子16、17之间的磁场和/或电容的改变。由此触发开关过程，该开关过程引起这两个端子52、54之间的接通。
53.附图标记清单
54.10，10a，10b，10c，10d，10e操作元件
55.12弹性体
56.13磁流变流体
57.14驱动器装置
58.15线圈
59.16第一端子
60.18第二端子
61.20电压源
62.22开关
63.23箭头
64.24箭头
65.26单操作元件
66.27单操作元件
67.28单操作元件
68.29单操作元件
69.30单操作元件
70.31单操作元件
71.32单操作元件
72.33单操作元件
73.34单操作元件
74.35单驱动器装置
75.36单驱动器装置
76.37单驱动器装置
77.38单驱动器装置
78.39单驱动器装置
79.40单驱动器装置
80.41单驱动器装置
81.42单驱动器装置
82.43单驱动器装置
83.45表面
84.47开关区域
85.50开关装置
86.52端子
87.54端子