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Evolution der Bedienelemente

Ohne Schalter geht es nicht

Evolution der Bedienelemente
© C&K

Funktionalität und Komfort sind die wichtigsten Faktoren, welche die Transformation des Automobilinnenraums vorantreiben. Angesichts der steigenden Anzahl an Funktionen in den Fahrzeugen ist es nötig, die Benutzeroberflächen zwischen Fahrer und neuer Umgebung zu optimieren.

Als Schnittstelle zum Bedienelement muss eine Schaltvorrichtung optisch, haptisch und akustisch ansprechend sein. Darüber hinaus stellt die Art und Weise der Interaktion mit dem Bedienelement für Fahrzeughersteller eine Möglichkeit dar, sich von den Mitbewerbern abzuheben. Schalterhersteller arbeiten daher eng mit Automobilherstellern zusammen, um Ästhetik, Ergonomie und Leistung zu optimieren.

Die Haptik steht in direktem Zusammenhang mit den mechanischen Eigenschaften der Schalter und ist eine Kombination von Betätigungskraft, Rückstellkraft der Betätigung, taktiler Wirkung, mechanischem Verstellweg und Rückstellkraft.

Schalterhersteller wie C&K passen Komponenten und Parameter an oder modifizieren sie, um das einzigartige haptische Erlebnis zu erschaffen, das ein OEM-Produkt definiert. Von Lösungen mit kurzem Schaltweg, markantem Klick und kräftigem Klang bis hin zu solchen mit langem Schaltweg und leiser Betätigung – Individualisierung ist das Merkmal moderner Fahrzeuge.

Automobilhersteller konzentrieren sich hierbei zunehmend auf das akustische Ansprechverhalten und betrachten es als Teil ihres Markenauftritts. Das akustische Ansprechverhalten ist in hohem Maße von der Schalterkonstruktion abhängig. Darüber hinaus müssen die Fahrzeughersteller unabhängig von der Schalterkonfiguration bei allen Einheiten die gleiche akustische Reaktion erzielen. Das Betätigungssignal, das im Allgemeinen als unhörbar, weich, leise, »metallisch« oder laut kategorisiert wird, kann durch die inter- ne Konstruktion, die mechanischen Eigenschaften und die verwendeten Materialien gesteuert werden.

Um Lösungen mit wiederholbaren akustischen Ansprechverhalten anbieten zu können, haben Schalterhersteller Plattformen etabliert, die es ermöglichen, Designs auf verschiedene Anwendungen zu übertragen. Dadurch lassen sich fahrzeugerprobte Serien mit hoher Zuverlässigkeit und konsistenter Haptik bei gleichzeitig drastisch reduzierten Entwicklungskosten und -zeiten realisieren.

OEMs wenden sich nicht nur hinsichtlich der Schalter selbst an Hersteller elektromechanischer Komponenten. Insbesondere die Einbindung eines Schalterherstellers in Konstruktionen, die über den eigentlichen Schalter hinausgehen, ermöglicht eine höhere Designflexibilität. Die Abmessungen von Schaltern werden immer wichtiger, was ebenfalls eine enge Zusammenarbeit mit dem Kunden erfordert, um alle Details berücksichtigen zu können. Inzwischen geht es weniger um die Montage des Schalters auf einer Leiterplatte oder um das Hinzufügen von Drähten oder eines Steckers zum Schalter, sondern vielmehr um die Definition der hinzuzufügenden Funktionalitäten oder um die Lösung der konstruktiven Herausforderungen.

Da sich Schalterhersteller heutzutage mit dem gesamten Modul befassen, ist die enge Zusammenarbeit mit den Kunden essenziell. Dabei liegt das Augenmerk darauf, herauszufinden, wie das Modul in der Anwendung beeinflusst wird, sowie potenzielle Herausforderungen zu bewerten, die zuvor nicht berücksichtigt wurden. Im Folgenden werden einige aufkommende Anwendungen für Schalter im Automobilbereich betrachtet.

Sicherheit und Schutz

Künstliche Intelligenz und fahrerlose Fahrzeuge verändern die Art und Weise, wie Fahrer und Fahrgäste im Fahrzeug interagieren. Dies wird zu einer kompletten Überarbeitung des Fahrzeugcockpits führen. Schon jetzt sind erhebliche Veränderungen bei den Cockpits teilautonomer Fahrzeuge festzustellen. Funktionalität und Komfort sind die wichtigsten Faktoren, die die Transformation des Automobilinnenraums vorantreiben.

Unter anderem werden die Sitze im Cockpit zu mehr als nur einem Platz, auf dem man sitzt, um zu fahren – oder nicht zu fahren. Das Streben nach leichtgewichtigen Lösungen im automobilen Innenraum wirkt sich auf die Sitze aus, darf aber nicht zulasten der dort eingebauten Funktionen gehen:

➔ Einstellung von Position und Lendenwirbelstütze: herkömmliche Benutzereinstellungen der Sitze und Steuerung der Sitzmotoren, einschließlich Sitzverstellung, Sitz-bewegung, Speicherung, Steuerung der Lendenwirbelstütze, Heizung, Lüftung und Massage

➔ Komforterkennung: Erkennung der Sitzelementposition
Ein wichtiger Trend im Kielwasser von KI ist die Zunahme von Miniatur-Erkennungs-/Schnappschaltern in den Sitzen. Wo früher eine Anwendung auf die Verfügbarkeit von taktiler Miniaturtechnologie angewiesen war, kann dieselbe Anwendung jetzt durch kleinere, flexiblere Erkennungsschalterdesigns noch besser bedient werden.

Bei Kurzstrecken-Elektrofahrzeugen (Neighborhood Electric Vehicle, NEVs) ist man bei der Konstruktion zu einem komplett flachen Boden übergegangen. Dies ermöglicht eine Neuanordnung des Innenraums, beispielsweise mit Konfigurationen wie Businessclass-Sitzen für Passagiere. In solchen Konfigurationen müssen die Systeme wissen, ob sich der Sitz in aufrechter Position, im Relax- oder im Cargo-Modus befindet, um Sicherheitssysteme wie Airbags zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.

Ein weiterer Trend wird durch das teilautonome Fahren vorangetrieben. Im Pilotmodus bewegt sich der Sitz in eine Arbeits-/Relaxposition und kehrt in eine Standardposition zurück, wenn der manuelle Modus wieder aktiviert wird. Auch bei dieser Anwendung müssen die Systeme die Konfiguration kennen, um in der Lage zu sein, Sicherheitssysteme auszulösen.

Zerlegter Schalter – Beispiel des Schalteraufbaus
Bild. Zerlegter Schalter – Beispiel des Schalteraufbaus.
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Gaming

Infotainmentsysteme spielen in autonomen Fahrzeugen eine wichtige Rolle. Genauer gesagt: das Gaming. Große Fahrzeughersteller arbeiten bereits daran, Gaming-Funktionen direkt in die Funktionalität von Fahrzeugen zu integrieren.

Ein Beispiel ist die Verwendung der Schaltwippen in Gangschaltung und Lenkrad als Spielsteuerung, wenn sich das Fahrzeug im Parkmodus befindet. Für die Bestätigung, dass sich das Fahrzeug im Parkmodus befindet und die Spielfunktionalität genutzt werden kann, sind Erkennungsschalter erforderlich. Auch in den Schaltwippen sind Mehrfach-Erkennungsschalter erforderlich, da für das Schalten von Gängen im realen und virtuellen Leben eine Doppelfunktionalität implementiert sein muss.

Im Gegensatz zu anderen Schaltertechnologien wie Drucktastern, Schnappschaltern und Schiebeschaltern sind solche Schalter kleiner und flexibler. Die Flexibilität von Erkennungsschaltern ist entscheidend, um die vielen Anforderungen von Automobilanwendungen erfüllen zu können. Ein Beispiel hierfür sind die Winkel, in denen ein Schalter arbeitet und anschließend Erkennungen durchführt.

Da kundenspezifische Erkennungsschalter häufig mit speziell angefertigten Kontakten ausgestattet sind, können diese Bauteile so angepasst werden, dass sie beliebige Erkennungsanforderungen in Fahrzeugen erfüllen. Neben der geringen Baugröße und der Vielseitigkeit bieten Erkennungsschalter auch eine hohe Zuverlässigkeit. Beispielsweise wurden Erkennungsschalter bereits auf dem Verbrauchermarkt mit hoher Schaltfrequenz eingeführt, unter anderem in Gaming-Geräten, die mit solchen Schaltern das Vorhandensein einer Game Card erkennen.

In vielen Fahrzeugen kommen Drehschalter zum Einsatz, die zur Navigation durch das Infotainmentmenu dienen. Mehrzweckdrehschalter werden durch Drehen des Schalters betätigt und können in verschiedenen Positionen stoppen, sodass sich mit einem einzigen Schalter verschiedene Schaltkreise steuern lassen. Drehschalter können auch so ausgelegt werden, dass auf einer Schalterstellung mehrere Kontakte gleichzeitig angesprochen werden. Sie verfügen über eine Drehspindel, die individuell angepasst werden kann, um präzise taktile und hörbare Rückmeldungen während der Drehung zu liefern. Abhängig von der Anzahl der Rotoren kann der Schalter Dutzende verschiedener Positionen einnehmen, die jeweils mit einem bestimmten Schaltkreis verbunden sind.

Joysticks

Multifunktionssteuerungen gehört die Zukunft. Adaptive Joysticks werden in Fahrzeuge integriert, um eine komplexere Fahrzeugsteuerung zu ermöglichen. Schon heute verfügen aktuelle Fahrzeuge über eine Kombination aus automatischer und manueller Gangschaltung mit dem Schieberegler des Joysticks. Gaming-Funktionen können zu einem Multifunktionsgriff hinzugefügt werden, der bidirektionale Schnappschalter mit jeweils einer einzelnen Schaltfunktion oder mit einer Doppelfunktion in beide Richtungen kombiniert. Diese robusten, bereits für Geländefahrzeuge erhältlichen Joysticks bieten ein hervorragendes taktiles Feedback und eine Einrastkontakt-Rückmeldung.

Schnappschalter der Serie ZMS von C&K
Bild. Schnappschalter der Serie ZMS von C&K.
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Steuerungen per Joystick erfordern ein elektromechanisches Bauteil mit einem besonders zuverlässigen und wiederholbaren Schaltmechanismus. Das ist entscheidend, damit die Betriebsposition des Schalters im Laufe der Zeit konsistent bleibt. Die hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit lässt sich mithilfe kalibrierter Schnappschalter gewährleisten. Das Design eines Schnappschalters zeichnet sich durch eine präzise Ak- tuatorposition während der gesamten Lebensdauer der Komponente aus. Eine Eigenschaft, die bei anderen Mechanismen nicht unbedingt gegeben ist.

Dies gewährleistet ein redundantes und konsistentes Einkuppeln eines Joysticks oder eines Navigationssteuerungsmechanismus, wodurch der Bediener unabhängig von der Geschwindigkeit der Betätigung eine reibungslose und genaue Steuerung erhält. Darüber hinaus können Schnappschalter wie die TFS-Serie von C&K die Zuverlässigkeit erhöhen. Schnappschalter zeichnen sich durch ein robustes Design und eine lange Lebensdauer aus, wie sie beispielsweise in Geländeanwendungen erforderlich ist, da sie eine Schutzart von bis zu IP67 und eine Lebensdauer von bis zu 300.000 Zyklen erreichen können.

Joystickschalter der Serie THB von C&K
Bild. Joystickschalter der Serie THB von C&K.
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Mit Variationsmöglichkeiten, die von Oberflächenmontage und Durchsteckmontage bis hin zu Einrast- und Schnappfunktion, Hebelbetätigung und Nachlauferkennung reichen, werden die Schalter kundenspezifisch angepasst, um alle Kriterien zu erfüllen, die Joysticks im Automobilbereich stellen.

Die Oberflächendesigns in der Automobilindustrie zielen darauf ab, die Benutzererfahrung zu vereinfachen und zu verbessern. Elektromechanische Schalter sind ein wesentlicher Bestandteil bei der Definition der Berührung, des Gefühls und des Klangs der Betätigung eines Bedienelements. Mit der Weiterentwicklung des autonomen Fahrens braucht die moderne Fahrzeugkabine speziell angepasste elektromechanische Schalter, mit denen sich der Funktionsumfang maximieren sowie der Komfort, die Sicherheit und das Infotainment optimieren lassen.

 

Die Autoren

 

Regis Clement von C&K
Regis Clement von C&K.
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Régis Clément

ist Global Product Manager bei C&K. Er ist Absolvent der Universität Besançon in Frankreich und kommt aus der Mikromechanik – mit mehr als 30 Jahren Erfahrung in dieser speziellen Branche. Clément arbeitet seit 2001 für C&K und hatte verschiedene Positionen als Produktspezialist inne wie zum Beispiel Prozessingenieur, Werkstattleiter und Produktqualitätsmanager. Seit 2011 leitete er nacheinander alle C&K-Produktlinien. Aktuell ist er für die in sämtlichen Märkten verbreiteten taktilen Schalter verantwortlich.

Jerome Smolinski von C&K
Jerome Smolinski von C&K.
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Jerome Smolinski

ist derzeit Leiter des Automobilsegments bei C&K. Der Absolvent der ESTA (Belfort, Frankreich) verfügt ebenfalls über einen Mikromechanik-Background. Er ist seit über 25 Jahren in der Steckverbinder- und Schalterindustrie tätig. Smolinski kam 2002 zu C&K, wo er verschiedene Produktlinien und Verantwortungsbereiche leitete, bevor er im letzten Jahr ins Marktmanagement wechselte. Er fokussiert das Know-how von C&K auf den Automobilsektor und insbesondere die Innenausstattung von Fahrzeugen.


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