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.该任务通过包括电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电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，可以通过电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.根据本发明的另一设计方案，电流变材料具有电流变弹性体。
8.根据本发明的另一设计方案，电流变材料具有电流变流体。
9.在这两种情况下，材料的电流变的特性可以用于在电场施加到电流变材料上时引起特性变化。
10.就弹性体是电流变的而言，它是可电极化的弹性体。给出了一些本就是可电极化的弹性体，例如乙烯聚合物、pvc。而其他弹性体几乎不可极化，例如苯乙烯橡胶材料、例如sebs/sibs/seps。可极化颗粒也可以分散在弹性体中。
11.就使用电流变流体而言，应理解的是，电流变流体必须密封地被封装在弹性体的合适的空腔中。
12.在电流变弹性体的情况下，在电场的影响下不仅可以出现形状变化而且还可以出现刚度变化，而在电流变流体的情况下，这种影响限于粘度的变化。
13.然而，在这两种情况下都得到触觉的变化，这种触觉的变化可由操作元件的用户察觉。
14.在最简单的情况下，驱动器装置包括第一电极和第二电极，在该第一电极与第二电极之间能够施加电场。
15.在此，驱动器装置优选地具有至少一个柔性电极，并且电流变材料至少部分地布置在这些电极之间。
16.因此，因为电极中的至少一个电极布置在由电流变弹性体形成的本体的端部上，而且本体的形状、特别是长度或宽度可以改变，所以相关的电极优选柔性地设计。
17.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。
18.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。
19.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。
20.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。
21.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。
22.操作元件优选被设计为按钮或按键。
23.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。
24.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。
25.根据本发明的另一设计方案，第一电极被设计用于操纵电开关装置并且至少部分地可手动地运动。
26.操作元件本身也可以是电开关装置的一部分，该电开关装置因此直接藉由第一电极被操纵，而在其他情况下操作元件可以是电开关装置的一部分、例如作为用于操纵开关的推杆或旋钮。为此，第一电极可以优选地具有柔性区域，通过该柔性区域进行操纵。
27.在本发明的另一设计方案中，第一电极在此布置在电流变弹性体的第一端部上并且被设计用于在手动激活时接触中间电极。
28.因此，可以在第一电极与中间电极之间实现电开关装置。相反地，驱动器装置与第一电极和第二电极联接，该第二电极布置在弹性体的另一端部上。借助于驱动器装置提供可变的触觉。
29.以这种方式，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。
30.在本发明的另一设计方案中，第一电极布置在弹性体的第一端部上并且第二电极布置在另一端部上。两个电极与驱动器装置联接以提供可变的触觉。在此，电开关装置具有用于监测第一电极与第二电极之间的电容的变化的器件，以便记录第一电极的运动。由此可切换电开关装置。
31.以这种方式，操作元件可以与电开关装置组合并且与驱动器装置电分离。
32.根据本发明的操作元件优选能够以3d打印制造。
33.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。
34.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。在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。
35.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。
36.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。
37.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：
38.图1示出了根据本发明的具有电流变弹性体的操作元件的示意图；
39.图2示出了根据本发明的具有电流变流体的操作元件的示意图；
40.图3示出了根据本发明的操作元件的示意图，该操作元件由多个电流变单元件组成；
41.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；
42.图5示出了在激活状态下的根据图5的操作元件的视图，其中该操作元件部分地从表面突出；
43.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；
44.图7示出了根据本发明的操作元件的另一实施方式的放大图，该操作元件一方面可用作电开关元件并且另一方面具有电流变弹性体，以便能够通过改变的触觉与用户通信；以及
45.图8示出了根据本发明的操作元件的另一实施方式的放大图，该操作元件一方面可用作电开关元件并且另一方面具有电流变弹性体，以便能够通过改变的触觉与用户通信，其中电开关元件电子地评估电容变化，以便触发开关过程。
46.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。这是具有呈块体形式的电流变弹性体12的操作元件10，在该块体的两个端部上设置有两个电极，即第一电极16和第二电极18。这两个电极16、18可以藉由驱动器装置14被施加以电压。为此设置有仅示意性地以20表示的电压源以及开关22。应理解的是，电压源20通常是输出直流电压或可变的直流电压的电子电压源，并且开关22通常是通过合适的控制器来运行的电子开关。
47.在电流变弹性体12中分散有可极化的颗粒，这些可极化的颗粒在施加电场时被可逆地极化。由此得到收缩，如通过图1中的两个箭头23、24所示。弹性体12也可以本来就已经是可极化的。
48.因为电极16、18布置在弹性体12的端部上，所以这些电极应当柔性地设计，使得这些电极能够一起作形状变化。通过包括电压源20和开关22的驱动器装置14，可以实现弹性体12的长度变化或截面变化和/或刚度变化。也可以实现振动。
49.应理解的是，电流变弹性体12不仅可以如所示那样以块状形式设计，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。
50.图2以示意图示出了根据本发明的操作元件的整体用10a表示的第二实施方式。在此，而且也在随后的附图中一样，对应的附图标记用于对应的部件。
51.在根据图2的实施方式中，使用电流变流体13代替电流变弹性体，该电流变流体被封装在弹性体12的空腔中。
52.在电极16、18之间施加电场时，流体的电流变(可极化)分子在电极16、18之间取向并且因此产生组件的提高的刚度。
53.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或流体13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。
54.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。
55.此外，操作元件也可以由多个单元件构成，如在图3中示意性示出的那样。
56.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具有自有的驱动器装置14并且可以独立地被操控(端子未示出)。
57.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。
58.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10d表示。在此，操作元件10d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10d’的一部分从表面45向外凸起地突出。
59.图6示出了整体上用10d表示的另一操作元件，该操作元件由九个棋盘状布置的单操作元件26至34组成。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。
60.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，一方面实现了具有两个电极16、49的电开关元件50，并且另一方面该操作元件与电流变弹性体12组合，以便产生可变的触觉。
61.在电流变弹性体12的第一端部上设置有第一电极16，该第一电极具有向外凸起地突出的开关区域47。与之邻接的是中间电极49，该中间电极经由绝缘层51与第一电极16电绝缘。如果向内压入向外凸起地突出的开关区域47，则最终产生与位于其下方的中间电极49的接触，从而在第一电极16与中间电极49之间进行电开关过程。
62.在电流变弹性体12的另一端部布置有第二电极18。可以藉由驱动器装置以上述方式将电场施加在第一电极16与第二电极18之间，以便产生形状变化或长度变化或可变的刚度。
63.图8最后示出了根据图7的实施方式的变型方案。整体上以10f表示的操作元件又具有第一电极16和第二电极18，电流变弹性体12被封装在第一电极与第二电极之间。第一电极16又具有向外凸起地突出的开关区域47，该开关区域可以手动操纵。
64.然而，与根据图7的实施方式不同，省略了中间电极的使用。替代于此，借助于开关装置50监测这两个电极16、17之间的电容。如果压入开关区域47，则开关装置50记录电容的变化并且因此实施在两个端子52、54之间的开关过程。在此可以确保一方面两个端子52、54与另一方面两个电极16、18之间的电流分离。
65.附图标记清单
66.10，10a，10b，10c，10d，10e，10f操作元件
67.12弹性体
68.13流体
69.14驱动器装置
70.15线圈
71.16第一电极
72.18第二电极
73.20电压源
74.22开关
75.23箭头
76.24箭头
77.26单操作元件
78.27单操作元件
79.28单操作元件
80.29单操作元件
81.30单操作元件
82.31单操作元件
83.32单操作元件
84.33单操作元件
85.34单操作元件
86.35单驱动器装置
87.36单驱动器装置
88.37单驱动器装置
89.38单驱动器装置
90.39单驱动器装置
91.40单驱动器装置
92.41单驱动器装置
93.42单驱动器装置
94.43单驱动器装置
95.45表面
96.47开关区域
97.49中间电极
98.50开关元件
99.52端子
100.54端子。