DE102016005141A1

DE102016005141A1 - Operating device, in particular in the manner of an electrical switch

Info

Publication number: DE102016005141A1
Application number: DE102016005141.8A
Authority: DE
Inventors: Johannes Mattes; Gerd Villing; Jörg Hohner; Ralf Maier
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2015-05-01
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2016-11-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung, insbesondere einen elektrischen Schalter in der Art eines Joystick- und/oder Cursor-Schalters, mit einem Betätigungsorgan (3). Das Betätigungsorgan (3) wirkt mit einem Bewegungsmittel (4) derart zusammen, dass das Betätigungsorgan (3) in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung, insbesondere in eine Bewegungsstellung, bewegbar ist. Weiter ist ein Detektierungsmittel (5) zur Detektierung der Bewegung, insbesondere der Bewegungsstellung, vorgesehen. Das Detektierungsmittel (5) umfasst einen Magneten (10) sowie einen Magnetsensor (11). Der Magnet (10) und/oder der Magnetsensor (11) stehen mit dem Betätigungsorgan (3) in Wirkverbindung, insbesondere indem der Magnet (10) und/oder der Magnetsensor (11) am Betätigungsorgan (3) befestigt sind, derart dass der Magnet (10) und/oder der Magnetsensor (11) korrespondierend zum Betätigungsorgan (3) mit einer Relativbewegung zwischen dem Magnetsensor (11) und dem Magneten (10) bewegbar sind. Der Magnetsensor (11) detektiert die im Magnetsensor (11) am selben Ort wirkenden Magnetfeld-Komponenten Bx, By, Bz des vom Magneten (10) erzeugten Magnetfeldes in drei, linear unabhängige Raumrichtungen. Das Detektierungsmittel (5) stellt die Bewegung des Betätigungsorgans (3) entsprechend den Koordinaten x, y, z in einem Koordinatensystem aufgrund der detektierten Magnetfeld-Komponenten Bx, By, Bz fest.The invention relates to an operating device, in particular an electrical switch in the manner of a joystick and / or cursor switch, with an actuating member (3). The actuating member (3) interacts with a movement means (4) in such a way that the actuating member (3) can be moved in at least one direction from a neutral position, in particular into a movement position. Further, a detecting means (5) for detecting the movement, in particular the movement position, is provided. The detection means (5) comprises a magnet (10) and a magnetic sensor (11). The magnet (10) and / or the magnetic sensor (11) are in operative connection with the actuating member (3), in particular in that the magnet (10) and / or the magnetic sensor (11) on the actuating member (3) are fixed, such that the magnet (10) and / or the magnetic sensor (11) corresponding to the actuating member (3) with a relative movement between the magnetic sensor (11) and the magnet (10) are movable. The magnetic sensor (11) detects the magnetic field components Bx, By, Bz of the magnetic field generated by the magnet (10) acting in the magnetic sensor (11) in three linearly independent spatial directions. The detecting means (5) detects the movement of the actuator (3) corresponding to the coordinates x, y, z in a coordinate system due to the detected magnetic field components Bx, By, Bz.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an operating device according to the preamble of patent claim 1.

In der Art eines Joystick- und/oder Cursor-Schalters ausgebildete elektrische Schalter dienen als Bedienvorrichtungen zur Eingabe von Daten für ein elektrisches Gerät durch einen Benutzer. Beispielsweise werden solche Schalter für Autoradios, Navigationsgeräte, Bordcomputer oder auch zur Steuerung sonstiger Funktionen in Kraftfahrzeugen verwendet. Insbesondere lässt sich ein solcher elektrischer Schalter auch als Multifunktionsschalter und/oder als eine zentrale Bedieneinheit zur Menüsteuerung von Funktionen über ein Display im Kraftfahrzeug verwenden.Electric switches formed in the manner of a joystick and / or cursor switch serve as operating devices for inputting data for an electric appliance by a user. For example, such switches are used for car radios, navigation devices, on-board computers or for controlling other functions in motor vehicles. In particular, such an electrical switch can also be used as a multifunction switch and / or as a central operating unit for menu control of functions via a display in the motor vehicle.

Eine derartige Bedienvorrichtung besitzt ein Betätigungsorgan, das vom Benutzer manuell bewegbar ist. Hierzu wirkt das Betätigungsorgan mit einem Bewegungsmittel derart zusammen, dass das Betätigungsorgan in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung bewegbar ist. Weiter ist ein Detektierungsmittel zur Detektierung der Bewegung vorgesehen. Gegebenenfalls kann das Betätigungsorgan bis in eine Bewegungsstellung bewegbar sein, wobei das Detektierungsmittel dann das Erreichen der Bewegungsstellung detektiert. Das Detektierungsmittel ist, insbesondere bei komplexen Bewegungsmöglichkeiten für das Betätigungsorgan, aufwändig ausgestaltet. Zudem weist das Detektierungsmittel größere Toleranzen auf.Such an operating device has an actuating member which is manually movable by the user. For this purpose, the actuating member cooperates with a movement means such that the actuating member is movable in at least one direction from a neutral position. Furthermore, a detection means for detecting the movement is provided. Optionally, the actuating member can be moved into a movement position, wherein the detection means then detects the reaching of the movement position. The detection means, especially in complex movement possibilities for the actuator, elaborately designed. In addition, the detection means has greater tolerances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bedienvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass diese einfacher ausgestaltet ist. Insbesondere sollen die Toleranzen für die Bedienvorrichtung verringert werden.The invention has for its object to further develop the operating device such that it is designed simpler. In particular, the tolerances for the operating device should be reduced.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Bedienvorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved in a generic operating device by the characterizing features of claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung umfasst das Detektierungsmittel einen Magnet sowie einen Magnetsensor. Der Magnet und/oder der Magnetsensor stehen mit dem Betätigungsorgan in Wirkverbindung, insbesondere indem der Magnet und/oder der Magnetsensor am Betätigungsorgan befestigt sind, derart dass der Magnet und/oder der Magnetsensor korrespondierend zum Betätigungsorgan mit einer Relativbewegung zwischen dem Magnetsensor und dem Magneten bewegbar sind. Weiterhin detektiert der Magnetsensor die im Magnetsensor am selben Ort, also an einer einzigen gemeinsamen Position, wirkenden Magnetfeld-Komponenten B_x, B_y, B_z des vom Magneten erzeugten Magnetfeldes in drei, linear unabhängige Raumrichtungen. Das Detektierungsmittel stellt dann die Bewegung des Betätigungsorgans entsprechend den Koordinaten x, y, z in einem Koordinatensystem aufgrund der detektierten Magnetfeld-Komponenten B_x, B_y, B_z fest. Dadurch lässt sich in einfacher sowie kostengünstiger Art und Weise auch eine komplexe und/oder räumliche Bewegung des Betätigungsorgans mittels eines einzigen Sensors detektieren. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.In the operating device according to the invention, the detection means comprises a magnet and a magnetic sensor. The magnet and / or the magnetic sensor are in operative connection with the actuator, in particular by the magnet and / or the magnetic sensor are attached to the actuator, such that the magnet and / or the magnetic sensor corresponding to the actuator with a relative movement between the magnetic sensor and the magnet movable are. Furthermore, the magnetic sensor detects the magnetic field sensor in the same place, ie at a single common position, acting magnetic field components B _x , B _y , B _z of the magnetic field generated by the magnet in three, linearly independent spatial directions. The detection means then determines the movement of the actuator according to the coordinates x, y, z in a coordinate system on the basis of the detected magnetic field components B _x , B _y , B _z . As a result, a complex and / or spatial movement of the actuating member by means of a single sensor can be detected in a simple and cost-effective manner. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

In weiterer Ausgestaltung kann das Detektierungsmittel ein zur Bewegung des Betätigungsorgans entsprechend den Koordinaten x, y, z korrespondierendes Signal erzeugen. Insbesondere kann dieses Signal zur Erkennung der Bewegungsstellung dienen. Das Signal kann dann zum Schalten und/oder Auslösen einer Funktion in der Art eines Schaltsignals dienen. Beispielsweise kann dieses Signal zur Bedienung eines Navigationssystems im Kraftfahrzeug durch den Benutzer Verwendung finden.In a further refinement, the detection means can generate a signal corresponding to the movement of the actuating member in accordance with the coordinates x, y, z. In particular, this signal can be used to detect the movement position. The signal can then serve for switching and / or triggering a function in the manner of a switching signal. For example, this signal can be used to operate a navigation system in the motor vehicle by the user.

In besonders ergonomischer Ausgestaltung kann das Betätigungsorgan mit einem Verschwenkmittel derart zusammenwirken, dass das Betätigungsorgan in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung verschwenkbar ist, insbesondere in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist. Weiterhin kann das Betätigungsorgan in einer weiteren Verschwenkebene in eine weitere Richtung aus der neutralen Stellung, insbesondere in eine weitere Schwenkstellung, verschwenkbar sein.In a particularly ergonomic embodiment, the actuating member may cooperate with a pivoting means such that the actuating member is pivotable in a pivoting plane in at least one direction from a neutral position, in particular in a pivoting position is pivotable. Furthermore, the actuating member in a further pivoting plane in a further direction from the neutral position, in particular in a further pivot position, be pivotable.

Dadurch ist das Betätigungsorgan in der Art einer Windrose vom Benutzer bedienbar. In einfacher Art und Weise kann das Verschwenkmittel zur Realisierung dieser Bedienungsmöglichkeiten ein Kardangelenk umfassen. Zwecks Einsparung von Bauteilen kann für die Verschwenkung in die weitere Richtung, insbesondere in die weitere Schwenkstellung, dasselbe Detektierungsmittel vorgesehen sein.As a result, the actuator in the manner of a wind rose is operated by the user. In a simple manner, the pivoting means for realizing these operations include a universal joint. For the purpose of saving components can be provided for pivoting in the further direction, in particular in the further pivot position, the same detection means.

Zur Steigerung der Funktionalität für die Bedienvorrichtung kann das Betätigungsorgan mit einem Drehmittel derart zusammenwirken, dass das Betätigungsorgan um wenigstens einen Winkel aus einer Ausgangsstellung, insbesondere in wenigstens eine Drehstellung, verdrehbar ist. Sind mehrere Drehstellungen vorhanden, so kann durch das Drehen des Betätigungsorgans eine Art von Pulsgeber-Funktion bewirkt werden, beispielsweise um durch ein Bildschirm-Menü zu scrollen. Schließlich kann das Betätigungsorgan auch mit einem Verschiebemittel derart zusammenwirken, dass das Betätigungsorgan um wenigstens eine Strecke aus einer Nullstellung, insbesondere in eine Verschiebestellung, linear bewegbar ist. Dadurch kann in einfacher Weise eine Eingabe in der Art einer Enter-Funktion vorgenommen werden. Für die Drehung und/oder für die Verschiebung, insbesondere in die Drehstellung und/oder in die Verschiebestellung, kann wiederum dasselbe Detektierungsmittel vorgesehen sein, wodurch eine Kostenersparnis trotz gesteigerter Funktionalität erzielt ist. Eine solcherart ausgestaltete Bedienvorrichtung lässt sich beispielsweise als eine zentrale Bedieneinheit im Kraftfahrzeug zur Steuerung von Bildschirm-Anwendungen einsetzen.To increase the functionality of the operating device, the actuating member with a rotating means cooperate such that the actuating member by at least one angle from an initial position, in particular in at least one rotational position, is rotatable. If several rotational positions are present, the rotation of the actuating member can cause a type of pulser function, for example, to scroll through a screen menu. Finally, the actuator can also with a displacement means cooperate such that the actuating member by at least a distance from a zero position, in particular in a displacement position, is linearly movable. As a result, an input in the manner of an Enter function can be made in a simple manner. For the rotation and / or for the displacement, in particular in the rotational position and / or in the displacement position, in turn the same detection means can be provided, whereby a cost savings despite increased functionality is achieved. An operating device designed in this way can be used, for example, as a central operating unit in the motor vehicle for controlling screen applications.

In kostengünstiger Weise kann es sich bei dem Magnet um einen Permanentmagnet handeln. Zwecks einfacher Ausgestaltung kann der Magnet ein im wesentlichen dipolförmiges Magnetfeld erzeugen. Hierzu kann es sich bei dem Magnet um einen Stabmagnet handeln. Insbesondere bietet sich hierfür ein zylinderförmiger Magnet an, dessen Verhältnis von Höhe h zu Durchmesser d in etwa 1:1 beträgt. Der Magnet kann schließlich parallel zu seiner Symmetrieachse, insbesondere zur Mittelachse des Zylinders, magnetisiert sein.In a cost effective manner, the magnet may be a permanent magnet. For ease of design, the magnet may generate a substantially dipole-shaped magnetic field. For this purpose, the magnet may be a bar magnet. In particular, this offers a cylindrical magnet whose ratio of height h to diameter d is approximately 1: 1. The magnet may finally be magnetized parallel to its axis of symmetry, in particular to the central axis of the cylinder.

Um eine hohe Genauigkeit der Messung zu gewährleisten, kann es sich bei dem Magnetsensor um einen dreidimensional messenden Hallsensor handeln. In bevorzugter Weise kann der Sensor als dreidimensional messendes Hallsensorsystem fünf sensitive Hallflächen besitzen, die in etwa kreuzförmig in der Art eines Sensor-Arrays angeordnet sind. Für die Messung der Magnetfeldkomponente B_z in z-Richtung kann eine vertikal zur Chipoberfläche messende Hallfläche im Kreuzungspunkt des Sensor-Arrays als z-Sensor angeordnet sein. Für die Messung der Magnetfeldkomponenten B_x, B_y in x- sowie y-Richtung können jeweils zwei parallel zur Chipoberfläche messende Hallflächen dem Kreuzungspunkt des Sensor-Arrays jeweils gegenüberliegend sowie in Richtung der Achsen des Kreuzes als x- sowie y-Sensoren angeordnet sein. Schließlich können jeweils die beiden Hallflächen für den x-Sensor sowie den y-Sensor miteinander elektrisch verbunden sein, derart dass die jeweilige mittlere Magnetfeldkomponente vom x- sowie y-Sensor als Magnetfeldkomponenten B_x, B_y in x- sowie y-Richtung am Ort des z-Sensors bestimmt ist. Mit Hilfe einer solcher Ausgestaltung kann in einfacher Art und Weise die Messung des dreidimensionalen Magnet(B)-Feldes vollständig am selben Ort beziehungsweise an einer gemeinsamen Position, nämlich im Mittelpunkt des Kreuzes vorgenommen werden.In order to ensure a high accuracy of the measurement, the magnetic sensor may be a three-dimensionally measuring Hall sensor. In a preferred manner, the sensor as a three-dimensionally measuring Hall sensor system may have five sensitive Hall surfaces, which are arranged approximately in the shape of a cross in the manner of a sensor array. For the measurement of the magnetic field component B _z in the z-direction, a Hall surface measuring vertically to the chip surface can be arranged as a z-sensor in the point of intersection of the sensor array. For the measurement of the magnetic field components B _x , B _y in the x and y directions, two Hall surfaces measuring parallel to the chip surface can each be arranged opposite the crossing point of the sensor array and in the direction of the axes of the cross as x and y sensors. Finally, in each case the two Hall surfaces for the x-sensor and the y-sensor can be electrically connected to each other, such that the respective mean magnetic field component of the x and y sensor as magnetic field components B _x , B _y in the x and y direction in place of the z-sensor is determined. With the aid of such an embodiment, the measurement of the three-dimensional magnet (B) field can be carried out completely in the same place or at a common position, namely in the center of the cross, in a simple manner.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung kann der Magnetsensor mit drei parallelen Analog-Digital-Wandlern in Verbindung stehen, derart dass die Analog-Digital-Wandler die Hallsensorspannungen für die Hallflächen des x-, y- sowie z-Sensors erfassen, und zwar insbesondere im wesentlichen gleichzeitig erfassen. Zwecks Steigerung der Funktionalität können die Hallflächen und/oder die Analog-Digital-Wandler und/oder weitere Schaltungsteile für die Steuerung des Magnetsensors, für die Feststellung beziehungsweise Ermittlung der Koordinaten x, y, z der Bewegung des Betätigungsorgans, für die Kommunikation mit dem Magnetsensor o. dgl. in einem in der Art eines ASIC-Chips ausgestalteten integrierten Schaltkreis angeordnet sein. Dadurch lässt sich die Bedienvorrichtung insgesamt sehr kompakt sowie auch kostengünstig ausgestalten.In a further expedient embodiment, the magnetic sensor with three parallel analog-to-digital converters are in communication, such that the analog-to-digital converters detect the Hall sensor voltages for the reverberant surfaces of the x-, y- and z-sensor, in particular substantially simultaneously to capture. In order to increase the functionality of the Hall surfaces and / or the analog-to-digital converters and / or other circuit parts for the control of the magnetic sensor, for the determination or determination of the coordinates x, y, z of the movement of the actuator for the communication with the magnetic sensor o. The like. Be arranged in a designed in the manner of an ASIC chip integrated circuit. As a result, the operating device as a whole can be made very compact and also cost-effective.

Ein einfaches sowie funktionssicheres Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung kann wie folgt ausgestaltet sein. Der Magnet erzeugt ein analytisch beschreibbares Magnetfeld, insbesondere ein im Wesentlichen ideales Dipolfeld. Bevorzugterweise wird hierfür das Magnetfeld eines Zylindermagneten mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Zylinderhöhe von in etwa 1:1 verwendet. Der Magnetsensor stellt die im Magnetsensor an einem Ort, und zwar einem bestimmten gemeinsamen Ort, wirkenden Komponenten der Magnetfeldstärke B_x, B_y, B_z des Magnetfeldes in drei, linear unabhängigen Raumrichtungen fest. Die der Bewegung des Betätigungsorgans entsprechenden Koordinaten x, y, z entlang einer Koordinatenachse des Koordinatensystems werden dann aus den von dem Magnetsensor erfassten Komponenten der Magnetfeldstärke B_x, B_y, B_z in allen Raumrichtungen des Koordinatensystems ermittelt. Zur jeweiligen Bestimmung der Bewegung des Betätigungsorgans genügt somit die Messung der Komponenten der Magnetfeldstärken B_x, B_y, B_z an dem einen Ort im Magnetsensor, also lediglich die Messung eines Werte-Tripels, aus dem dann in einfacher Art und Weise die Koordinaten x, y, z für die räumliche Bewegung des Betätigungsorgans berechenbar sind. Es ist somit festzustellen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nur geringen apparativen Aufwand erfordert und sehr schnell arbeitet.A simple and reliable method for operating the operating device according to the invention can be configured as follows. The magnet generates an analytically writable magnetic field, in particular a substantially ideal dipole field. Preferably, for this purpose, the magnetic field of a cylinder magnet is used with a ratio of diameter to cylinder height of about 1: 1. The magnetic sensor detects the components of the magnetic field strength B _x , B _y , B _{z of} the magnetic field acting in one magnetic field, namely a specific common location, in three linearly independent spatial directions. The coordinates of the movement of the actuator x, y, z along a coordinate axis of the coordinate system are then determined from the detected by the magnetic sensor components of the magnetic field strength B _x , B _y , B _z in all spatial directions of the coordinate system. For the respective determination of the movement of the actuator thus satisfying the measurement of the components of the magnetic field strengths B _x , B _y , B _z at the one location in the magnetic sensor, so only the measurement of a value triplet from which then the coordinates x in a simple manner , y, z are calculable for the spatial movement of the actuator. It can thus be stated that the method according to the invention requires only little expenditure on equipment and works very fast.

Mittels einfacher Rechenschritte können die der Bewegung des Betätigungsorgans entsprechenden Koordinaten x, y, z aus den Komponenten der Magnetfeldstärke B_x, B_y, B_z wie folgt ermittelt werden:

und wobei p_z das magnetische Dipolmoment des Magneten, π die Kreiszahl (mathematische Konstante) sowie μ₀ die magnetische Permeabilitätskonstante des Vakuums bedeuten. Somit genügt für die Berechnung dieser Koordinaten x, y, z ein kostengünstiger Mikroprozessor mit geringer Leistung.By means of simple calculation steps, the coordinates x, y, z corresponding to the movement of the actuator can be determined from the components of the magnetic field strength B _x , B _y , B _z as follows:

and where p _{z is} the magnetic dipole moment of the magnet, π is the circle number (mathematical constant), and μ _{0 is} the magnetic permeability constant of the vacuum. Thus, for the calculation of these coordinates x, y, z a low-cost microprocessor with low power is sufficient.

Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe ist nachfolgendes festzustellen.For a particularly preferred embodiment of the electrical assembly according to the invention is to be determined below.

Moderne Kraftfahrzeuge bzw. Nutzfahrzeuge haben zur Bedienung verschiedener Menüs eine zentrale Bedieneinheit mit einem Stellrad zum Drehen und/oder Drücken und/oder Schieben und/oder Schwenken. Bei diesen Bedienelementen wird die Position durch verschiedene Taster und/oder Schalter und/oder Lichtschranken erkannt. Durch diese Schalter und/oder Lichtschranken wird die Baugröße, Haptik, Geräuschbildung und Genauigkeit wesentlich vorgegeben. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Anzahl der Schalter und/oder Lichtschranken zu reduzieren. Ebenso soll eine Möglichkeit gefunden werden, die Toleranzen des Systems zu verkleinern.Modern motor vehicles or commercial vehicles have to operate various menus a central control unit with a thumbwheel for turning and / or pressing and / or pushing and / or panning. In these controls, the position is detected by various buttons and / or switches and / or light barriers. By these switches and / or photocells size, haptics, noise and accuracy is significantly specified. The aim of the present invention is to reduce the number of switches and / or light barriers. Likewise, a way should be found to reduce the tolerances of the system.

Als Sensor zur Erfassung der Position wird ein 3-D Hall Sensor eingesetzt, so dass mit einem einzigen Sensor die Position des Stellrades berührungslos zu erkennen ist. Geschaffen ist somit eine zentrale Bedieneinheit mit einem 3-D Hall Sensor. Am Drehrad der Bedieneinheit, wobei das Drehrad über eine Lagerstelle in allen drei Raumrichtungen bewegbar ist, ist ein Permanentmagnet befestigt. Der Permanentmagnet ist so angeordnet, dass dieser über dem unbeweglich angeordneten Sensor bewegbar ist. Der Sensor kann dann aus den gemessenen Daten für das vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld die Position des Magneten im Raum ermitteln.As a sensor for detecting the position, a 3-D Hall sensor is used, so that with a single sensor, the position of the control wheel is detected without contact. This creates a central operating unit with a 3-D Hall sensor. At the rotary knob of the control unit, wherein the rotary knob is movable via a bearing point in all three spatial directions, a permanent magnet is attached. The permanent magnet is arranged so that it is movable over the immovably arranged sensor. The sensor can then determine the position of the magnet in space from the measured data for the magnetic field generated by the permanent magnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in Folgendem:

– Kosteneinsparung, da lediglich ein einziger Sensor anstelle der bisherigen mehreren Lichtschranken und/oder Schalter notwendig ist.
– Platzeinsparung.
– Es besteht die Möglichkeit am Bandende der Fertigungslinie für die Bedienvorrichtung die komplette Baugruppe zu kalibrieren. Somit können die Initialtoleranzen bei der Bedienvorrichtung weitgehend eliminiert werden.
– Mehr Freiheiten in der Gestaltung der Mechanik für die Bedienvorrichtung, beispielsweise für die optimale Akustik und/oder Haptik.
– Einheitliche Schaltung für die Bedienvorrichtung.
– Höhere Funktionssicherheit der Bedienvorrichtung.
– Weniger Verschleiß bei der Bedienvorrichtung.

The advantages achieved by the invention are in particular in the following:

- Cost savings, since only a single sensor instead of the previous multiple photocells and / or switches is necessary.
- Space saving.
- It is possible to calibrate the complete assembly at the end of the production line line. Thus, the initial tolerances can be largely eliminated in the operating device.
- More freedom in the design of the mechanism for the operating device, for example, for the best acoustics and / or feel.
- Uniform circuit for the operating device.
- Higher functional reliability of the operating device.
- Less wear on the operating device.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention with various developments and refinements is shown in the drawings and will be described in more detail below. Show it

1 eine Bedienvorrichtung in perspektivischer Ansicht, 1 an operating device in perspective view,

2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in 1, 2 a section along the line 2-2 in 1 .

3 einen Detailausschnitt aus 2, wobei das Betätigungsorgan teilweise aufgeschnitten dargestellt ist, 3 a detail from 2 wherein the actuator is shown partially cut away,

4 einen Detailausschnitt aus 3 in Seitenansicht, 4 a detail from 3 in side view,

5 einen weiteren Detailausschnitt aus 4 in perspektivischer Ansicht, 5 another detail from 4 in perspective view,

6 schematisch ein einen Magneten sowie einen Magnetsensor aufweisendes Detektierungsmittel in der Art einer Prinzipskizze, 6 1 schematically shows a detection means having a magnet and a magnetic sensor, in the form of a schematic diagram;

7 in schematischer Art die nähere Ausgestaltung des Magnetsensors und 7 in a schematic way the closer embodiment of the magnetic sensor and

8 ein schematisches Blockschaltbild für das Detektierungsmittel. 8th a schematic block diagram for the detection means.

In 1 ist eine Bedienvorrichtung 1, die als elektrischer Schalter in der Art eines Joystick- und/oder Cursor-Schalters ausgebildet ist, zu sehen. Der Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 2, aus dem ein Betätigungsorgan 3 zur Bedienung durch den Benutzer herausragt. Das Betätigungsorgan 3 ist im Gehäuse 2 bewegbar gelagert, derart dass das Betätigungsorgan 3 zur Bedienung vom Benutzer manuell bewegbar ist. Wie man anhand der 2 sieht, wirkt hierfür das Betätigungsorgan 3 mit einem Bewegungsmittel 4 derart zusammen, dass das Betätigungsorgan 3 in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung, insbesondere bis in eine Bewegungsstellung, bewegbar ist. Weiter ist ein Detektierungsmittel 5 zur Detektierung der Bewegung des Betätigungsorgans 3, und zwar insbesondere für die Detektierung der Bewegungsstellung, vorgesehen.In 1 is an operating device 1 , which is designed as an electrical switch in the manner of a joystick and / or cursor switch to see. The desk 1 has a housing 2 from which an actuator 3 protrudes for operation by the user. The actuator 3 is in the case 2 movably mounted, such that the actuator 3 is manually movable by the user for operation. How to use the 2 sees, acts for this purpose, the actuator 3 with a means of movement 4 so together that the actuator 3 in at least one direction from a neutral position, in particular up to a movement position, is movable. Next is a detection means 5 for detecting the movement of the actuator 3 , in particular for the detection of the movement position provided.

Der Schalter 1 dient beispielsweise im Kraftfahrzeug zur Bedienung eines Navigationssystems. Die jeweiligen Eingaben für das Navigationssystem können vom Benutzer durch entsprechende Bewegung bzw. Betätigung des Betätigungsorgans 3 vorgenommen werden. Und zwar ist hierfür gemäß 1 das Betätigungsorgan 3 durch Verschwenken entsprechend den Pfeilen 7 in Süd-Nord-Richtung sowie den Pfeilen 6 in Ost-West-Richtung in der Art einer Windrose betätigbar. Weiter ist das Betätigungsorgan 3 durch Drehen entsprechend dem Doppelpfeil 8 bedienbar. Schließlich ist das Betätigungsorgan 3 noch durch Drücken gemäß dem Pfeil 9 bewegbar.The desk 1 used for example in the motor vehicle to operate a navigation system. The respective inputs to the navigation system may be made by the user by appropriate movement or actuation of the actuator 3 be made. And that is according to 1 the actuator 3 by pivoting according to the arrows 7 in south-north direction as well as the arrows 6 operable in east-west direction in the manner of a wind rose. Next is the actuator 3 by turning according to the double arrow 8th operable. Finally, the actuator 3 still by pressing according to the arrow 9 movable.

Wie man weiter der 2 entnimmt, wirkt für die Verschwenkung entsprechend den Pfeilen 6 das Betätigungsorgan 3 mit einem Verschwenkmittel 16 derart zusammen, dass das Betätigungsorgan 3 in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung verschwenkbar ist, und zwar insbesondere bis in eine Schwenkstellung. Das Betätigungsorgan 3 ist entsprechend den Pfeilen 7 in einer weiteren Verschwenkebene in eine weitere Richtung aus der neutralen Stellung mit Hilfe des Verschwenkmittels 16 verschwenkbar, und zwar insbesondere bis in eine weitere Schwenkstellung. Hierfür umfasst das Verschwenkmittel 16 ein Kardangelenk 17. Auch für die Verschwenkung in die weitere Richtung 7, und zwar insbesondere in die weitere Schwenkstellung, ist dasselbe Detektierungsmittel 5 wie dasjenige für die Richtung 6 vorgesehen. Weiterhin wirkt das Betätigungsorgan 3 für die Drehung mit einem Drehmittel 18 derart zusammen, dass das Betätigungsorgan 3 um wenigstens einen Winkel aus einer Ausgangsstellung verdrehbar ist, und zwar insbesondere in wenigstens eine Drehstellung. Wie man der 3 entnimmt, umfasst das Drehmittel 18 eine im Verschwenkmittel 16 angeordnete Welle 19, an deren einem Ende das Betätigungsorgan 3 angeordnet ist. Das andere Ende der Welle 19 ist drehbar in einem Drehlager 20 im Bereich des Kardangelenks 17 gelagert. Schließlich wirkt das Betätigungsorgan 3 mit einem Verschiebemittel 21 derart zusammen, dass das Betätigungsorgan 3 um wenigstens eine Strecke aus einer Nullstellung linear bewegbar ist, und zwar insbesondere in eine Verschiebestellung. Das Verschiebemittel 21 ist an der Welle 19 angeordnet, wobei das Verschiebemittel 21 wiederum gemäß 4 in einer Führung 22 im Verschwenkmittel 16 mitsamt der Welle 19 linearbeweglich gelagert ist. Dasselbe Detektierungsmittel 5 ist wiederum für die Detektierung der Drehung und/oder für die Verschiebung des Betätigungsorgans 3, insbesondere also für die Detektierung der Drehstellung und/oder der Verschiebestellung, vorgesehen.How to continue the 2 removes, acts for the pivoting according to the arrows 6 the actuator 3 with a pivoting means 16 so together that the actuator 3 can be pivoted in a pivoting plane in at least one direction from a neutral position, in particular up to a pivoting position. The actuator 3 is according to the arrows 7 in a further pivoting plane in a further direction from the neutral position by means of the pivoting means 16 pivotable, and in particular until a further pivoting position. For this includes the pivoting means 16 a universal joint 17 , Also for the pivoting in the other direction 7 , in particular in the further pivot position, is the same detection means 5 like the one for the direction 6 intended. Furthermore, the actuator acts 3 for rotation with a rotating means 18 so together that the actuator 3 is rotatable by at least one angle from an initial position, in particular in at least one rotational position. How to get the 3 takes, includes the rotating means 18 one in the pivoting means 16 arranged wave 19 , at one end of the actuator 3 is arranged. The other end of the wave 19 is rotatable in a pivot bearing 20 in the area of the universal joint 17 stored. Finally, the actuator acts 3 with a shifting means 21 so together that the actuator 3 is linearly movable by at least a distance from a zero position, in particular in a displacement position. The shifting means 21 is at the shaft 19 arranged, wherein the displacement means 21 again according to 4 in a guided tour 22 in the pivoting means 16 together with the wave 19 is mounted linearly movable. The same detection agent 5 is again for the detection of rotation and / or for the displacement of the actuator 3 , So in particular for the detection of the rotational position and / or the displacement position provided.

Wie man anhand von 3 sieht, umfasst das Detektierungsmittel 5 einen Magnet 10 sowie einen Magnetsensor 11. Der Magnet 10 und/oder der Magnetsensor 11 stehen mit dem Betätigungsorgan 3 in Wirkverbindung, derart dass der Magnet 10 und/oder der Magnetsensor 11 korrespondierend zum Betätigungsorgan 3 mit einer Relativbewegung zwischen dem Magnetsensor 11 und dem Magneten 10 bewegbar ist. Vorliegend steht der Magnet 10 mit dem Betätigungsorgan 3 in Wirkverbindung, und zwar ist dieser am Betätigungsorgan 3 befestigt, wie anhand von 4 oder 5 zu erkennen ist. Der Magnetsensor 11 ist wiederum auf einer im Gehäuse 2 befindlichen Leiterplatte 12 angeordnet. Der Magnetsensor 11 detektiert gemäß 6 die im Magnetsensor 11 in einem einzigen sensitiven Punkt 14 und folglich am selben Ort 14 beziehungsweise an der gemeinsamen Position wirkenden Magnetfeld-Komponenten B_x, B_y, B_z des vom Magneten 10 erzeugten Magnetfeldes 13 in drei, linear unabhängige Raumrichtungen 15 (die sogenannten B-Feld-Komponenten). Das Detektierungsmittel 5 stellt dann wiederum die Bewegung des Betätigungsorgans 3 entsprechend den Koordinaten x, y, z in einem Koordinatensystem aufgrund der detektierten Magnetfeld-Komponenten B_x, B_y, B_z fest, d. h. das Detektierungsmittel 5 ermittelt die Koordinaten x, y, z aus den gemessenen Magnetfeld-Komponenten B_x, B_y, B_z. Das Detektierungsmittel 5 erzeugt anschließend ein zur Bewegung des Betätigungsorgans 3 entsprechend den Koordinaten x, y, z, und zwar insbesondere zur jeweiligen Bewegungsstellung des Betätigungsorgans 3, korrespondierendes Signal. Das Signal dient dann zum Schalten und/oder Auslösen der jeweiligen zugeordneten Funktion in der Art eines Schaltsignals, beispielsweise zur Bewegung eines Cursors auf dem Bildschirm des Navigationssystems.How to get by 3 sees includes the detection means 5 a magnet 10 and a magnetic sensor 11 , The magnet 10 and / or the magnetic sensor 11 stand with the actuator 3 in operative connection, such that the magnet 10 and / or the magnetic sensor 11 corresponding to the actuator 3 with a relative movement between the magnetic sensor 11 and the magnet 10 is movable. In the background is the magnet 10 with the actuator 3 in operative connection, and that is the actuator 3 attached, as based on 4 or 5 can be seen. The magnetic sensor 11 is in turn on one in the housing 2 located circuit board 12 arranged. The magnetic sensor 11 detected according to 6 in the magnetic sensor 11 in a single sensitive point 14 and consequently in the same place 14 or acting on the common position magnetic field components B _x , B _y , B _z of the magnet 10 generated magnetic field 13 in three linearly independent spatial directions 15 (the so-called B field components). The detection agent 5 in turn sets the movement of the actuator 3 according to the Coordinates x, y, z in a coordinate system due to the detected magnetic field components B _x , B _y , B _z fixed, ie the detection means 5 determines the coordinates x, y, z from the measured magnetic field components B _x , B _y , B _z . The detection agent 5 then generates a movement of the actuator 3 according to the coordinates x, y, z, and in particular to the respective movement position of the actuating member 3 , corresponding signal. The signal then serves for switching and / or triggering the respective associated function in the manner of a switching signal, for example for moving a cursor on the screen of the navigation system.

Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Magnet 10 um einen Permanentmagnet. Der Magnet 10 erzeugt ein im wesentlichen dipolförmiges Magnetfeld, wie man der 6 entnehmen kann. Bei dem Magnet 10 handelt es sich bevorzugterweise um einen Stabmagneten. Der Magnet 10 ist zylinderförmig ausgestaltet, wobei dessen Verhältnis von Höhe h zu Durchmesser d in etwa 1:1 beträgt, wie man anhand der 5 sehen kann. Der Magnet 10 ist gemäß 6 parallel zu seiner Symmetrieachse, und zwar insbesondere zur Mittelachse des Zylinders, magnetisiert. Anstelle eines zylinderförmigen Magneten 10 kann auch ein rechteckförmiger bzw. quaderförmiger Magnet Verwendung finden, was jedoch nicht weiter gezeigt ist.Appropriately, it is the magnet 10 around a permanent magnet. The magnet 10 produces a substantially dipole magnetic field, such as the 6 can take. At the magnet 10 it is preferably a bar magnet. The magnet 10 is designed cylindrical, wherein the ratio of height h to diameter d is approximately 1: 1, as can be seen from the 5 able to see. The magnet 10 is according to 6 magnetized parallel to its axis of symmetry, in particular to the central axis of the cylinder. Instead of a cylindrical magnet 10 can also be a rectangular or cuboid magnet use, but this is not shown.

Bei dem Magnetsensor 11 handelt es sich um einen dreidimensional messenden Hallsensor. Wie näher in 7 zu sehen ist, ist der Magnetsensor 11 als dreidimensional messendes Hallsensorsystem ausgebildet und besitzt mehrere Chipoberflächen, nämlich fünf sensitive Hallflächen 23, 24, 25, 26, 27, die in etwa kreuzförmig in der Art eines Sensor-Arrays angeordnet sind. Für die Messung der Magnetfeldkomponente B_z in z-Richtung ist eine vertikal zur Chipoberfläche, und damit senkrecht zur Zeichnungsebene messende Hallfläche 27 im Kreuzungspunkt oder Mittelpunkt des Sensor-Arrays als z-Sensor 30 angeordnet. Für die Messung der Magnetfeldkomponente B_x in x-Richtung sind zwei parallel zur Chipoberfläche messende Hallflächen 23, 24 dem Kreuzungspunkt des Sensor-Arrays jeweils gegenüberliegend, vom Kreuzungspunkt des Sensor-Arrays in etwa gleich beabstandet sowie in Richtung der x-Achse des Kreuzes als x-Sensor 28 angeordnet. Die beiden Hallflächen 23, 24 für den x-Sensor 28 sind miteinander elektrisch verbunden, beispielsweise indem die Hallflächen 23, 24 fest miteinander verdrahtet sind. Dadurch wird die jeweilige mittlere Magnetfeldkomponente B_x von den beiden Hallflächen 23, 24 des x-Sensors 28 im Kreuzungspunkt des Sensor-Arrays und somit am Ort des z-Sensors 30 als Magnetfeldkomponente in x-Richtung bestimmt. Ebenso sind für die Messung der Magnetfeldkomponente B_y in y-Richtung zwei parallel zur Chipoberfläche messende Hallflächen 25, 26 dem Kreuzungspunkt des Sensor-Arrays jeweils gegenüberliegend, vom Kreuzungspunkt des Sensor-Arrays in etwa gleich beabstandet sowie in Richtung der y-Achse des Kreuzes als y-Sensor 29 angeordnet. Die beiden Hallflächen 25, 26 für den y-Sensor 29 sind ebenfalls miteinander elektrisch verbunden, wodurch die jeweilige mittlere Magnetfeldkomponente B von den beiden Hallflächen 25, 26 des y-Sensors 29 am Ort des z-Sensors 30 als Magnetfeldkomponente in y-Richtung bestimmt wird.In the magnetic sensor 11 it is a three-dimensionally measuring Hall sensor. How closer in 7 can be seen is the magnetic sensor 11 designed as a three-dimensional measuring Hall sensor system and has a plurality of chip surfaces, namely five sensitive Hall surfaces 23 . 24 . 25 . 26 . 27 which are arranged approximately in a cross-shaped manner in the manner of a sensor array. For the measurement of the magnetic field component B _z in the z-direction is a vertical to the chip surface, and thus perpendicular to the plane of the drawing measuring Hall surface 27 at the crossing point or center of the sensor array as a z-sensor 30 arranged. For the measurement of the magnetic field component B _x in the x direction are two parallel to the chip surface measuring Hall surfaces 23 . 24 the crossing point of the sensor array in each case opposite, from the intersection of the sensor array in approximately the same distance and in the direction of the x-axis of the cross as an x-sensor 28 arranged. The two reverberation surfaces 23 . 24 for the x-sensor 28 are electrically connected to each other, for example by the reverberation surfaces 23 . 24 are hard wired together. As a result, the respective mean magnetic field component B _x of the two Hall surfaces 23 . 24 of the x-sensor 28 at the crossing point of the sensor array and thus at the location of the z-sensor 30 determined as a magnetic field component in the x direction. Likewise, for the measurement of the magnetic field component B _y in the y-direction, two Hall surfaces measuring parallel to the chip surface are provided 25 . 26 the crossing point of the sensor array in each case opposite, from the intersection of the sensor array in approximately the same distance and in the direction of the y-axis of the cross as a y-sensor 29 arranged. The two reverberation surfaces 25 . 26 for the y-sensor 29 are also electrically connected to each other, whereby the respective average magnetic field component B of the two Hall surfaces 25 . 26 of the y-sensor 29 at the location of the z-sensor 30 is determined as a magnetic field component in the y-direction.

Wie man weiter in 8 sieht, steht der Magnetsensor 11 mit drei parallelen Analog-Digital-Wandlern 31, 32, 33 in Verbindung. Die Analog-Digital-Wandler 31, 32, 33 erfassen die Hallsensorspannungen für die Hallflächen 23, 24, 25, 26, 27 des x-, y- sowie z-Sensors 28, 29, 30 im Wesentlichen gleichzeitig. Anhand dieser von den Analog-Digital-Wandlern 31, 32, 33 erfassten Hallsensorspannungen berechnet dann ein Mikroprozessor 34 die jeweils zugeordneten Koordinaten x, y, z für die Bewegung des Betätigungsorgans 3. Zweckmäßigerweise sind die Hallflächen 23, 24, 25, 26, 27 und/oder die Analog-Digital-Wandler 31, 32, 33 und/oder weitere Schaltungsteile für die Steuerung des Magnetsensors 11, der Mikroprozessor 34 für die Feststellung der Koordinaten x, y, z der Bewegung des Betätigungsorgans 3, eine Schaltung für die Kommunikation mit dem Magnetsensor 11 o. dgl. in einem in der Art eines ASIC-Chips ausgestalteten integrierten Schaltkreis 35 angeordnet.How to continue in 8th sees, stands the magnetic sensor 11 with three parallel analog-to-digital converters 31 . 32 . 33 in connection. The analog-to-digital converter 31 . 32 . 33 detect the Hall sensor voltages for the reverberant surfaces 23 . 24 . 25 . 26 . 27 of the x, y and z sensors 28 . 29 . 30 essentially at the same time. Based on this from the analog-to-digital converters 31 . 32 . 33 detected Hall sensor voltages then calculates a microprocessor 34 the respectively assigned coordinates x, y, z for the movement of the actuator 3 , Conveniently, the reverberant surfaces 23 . 24 . 25 . 26 . 27 and / or the analog-to-digital converters 31 . 32 . 33 and / or other circuit parts for the control of the magnetic sensor 11 , the microprocessor 34 for determining the coordinates x, y, z of the movement of the actuator 3 , a circuit for communication with the magnetic sensor 11 o. The like. In a designed in the manner of an ASIC chip integrated circuit 35 arranged.

Das Verfahren zum Betrieb der Bedienvorrichtung 1 verwendet einen Magnet 10, der ein analytisch beschreibbares Magnetfeld 13 erzeugt. Wie bereits ausgeführt, handelt es sich dabei insbesondere um ein im Wesentlichen ideales Dipolfeld 13. Ein solches Dipolfeld 13 lässt sich mittels eines Zylindermagneten 10 mit einem Verhältnis von Durchmesser d zu Zylinderhöhe h von in etwa 1:1 erzeugen. Der Magnetsensor 11 stellt die im Magnetsensor 11 an einem Ort 14 wirkenden Komponenten der Magnetfeldstärke B_x, B_y, B_z des Magnetfeldes in drei, linear unabhängigen Raumrichtungen 15 fest. Die der Bewegung des Betätigungsorgans 3 entsprechenden Koordinaten x, y, z entlang einer Koordinatenachse des Koordinatensystems werden dann aus den von dem Magnetsensor 11 erfassten Komponenten der Magnetfeldstärke B_x, B_y, B_z in allen Raumrichtungen 15 des Koordinatensystems ermittelt. Insbesondere können diese der Bewegung des Betätigungsorgans 3 entsprechenden Koordinaten x, y, z aus den Komponenten der Magnetfeldstärke B_x, B_y, B_z wie folgt ermittelt werden:

und wobei p_z das magnetische Dipolmoment des Magneten 10, π die Kreiszahl (mathematische Konstante) sowie μ₀ die magnetische Permeabilitätskonstante des Vakuums bedeuten.The method for operating the operating device 1 uses a magnet 10 , which is an analytically writable magnetic field 13 generated. As already stated, this is in particular a substantially ideal dipole field 13 , Such a dipole field 13 can be by means of a cylinder magnet 10 with a ratio of diameter d to cylinder height h of approximately 1: 1. The magnetic sensor 11 represents the in the magnetic sensor 11 in one place 14 acting components of the magnetic field strength B _x , B _y , B _{z of} the magnetic field in three linearly independent spatial directions 15 firmly. The movement of the actuator 3 corresponding coordinates x, y, z along a coordinate axis of the coordinate system are then extracted from those of the magnetic sensor 11 detected components of the magnetic field strength B _x , B _y , B _z in all spatial directions 15 of the coordinate system. In particular, these may be the movement of the actuator 3 corresponding coordinates x, y, z are determined from the components of the magnetic field strength B _x , B _y , B _z as follows:

and where p _{z is} the magnetic dipole moment of the magnet 10 , π is the circle number (mathematical constant) and μ _{0 is} the magnetic permeability constant of the vacuum.

Eine derartige Bedienvorrichtung in der Art eines Mehrfunktionsschalters lässt sich für Autoradios, für Navigationssysteme und/oder für Steuergeräte, Displays o. dgl. in Kraftfahrzeugen verwenden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. Neben Kraftfahrzeuganwendungen kann ein derartiger Mehrfunktionsschalter in vorteilhafter Weise auch als Eingabemittel für Computer, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte o. dgl. eingesetzt werden. Schließlich lässt sich die Erfindung nicht nur bei den beschriebenen Multifunktionsschaltern sondern auch bei solchen Schaltern in vorteilhafter Weise einsetzen, bei denen das Betätigungsorgan lediglich verschwenkbar bzw. verschiebbar oder drehbar ausgestaltet ist.Such an operating device in the manner of a multi-function switch can be used for car radios, for navigation systems and / or for control devices, displays o. The like. In motor vehicles. However, the invention is not limited to the described and illustrated embodiment. Rather, it also encompasses all expert developments within the scope of the invention defined by the claims. In addition to automotive applications, such a multi-function switch can also be advantageously used as input means for computers, machine tools, household appliances or the like. Finally, the invention can be used not only in the described multi-function switches but also in such switches in an advantageous manner, in which the actuating member is designed only pivotable or displaceable or rotatable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bedienvorrichtung/(elektrischer) SchalterControl device / (electrical) switch
22: Gehäusecasing
33: Betätigungsorganactuator
44: Bewegungsmittelmeans
55: Detektierungsmitteldetection means
6, 76, 7: Pfeil (Verschwenken)/RichtungArrow (swing) / direction
88th: Doppelpfeil (Drehen)Double arrow (turning)
99: Pfeil (Drücken)Arrow (press)
1010: Magnet/ZylindermagnetMagnet / magnet cylinder
1111: Magnetsensormagnetic sensor
1212: Leiterplattecircuit board
1313: Magnetfeld/DipolfeldMagnetic field / dipole field
1414: sensitiver Punkt/Ort (des Magnetsensors)sensitive point / location (of the magnetic sensor)
1515: Raumrichtungspatial direction
1616: VerschwenkmittelVerschwenkmittel
1717: Kardangelenkuniversal joint
1818: Drehmittelcenter of rotation
1919: Wellewave
2020: Drehlagerpivot bearing
2121: Verschiebemitteldisplacement means
2222: Führungguide
23, 24, 25, 26, 2723, 24, 25, 26, 27: HallflächenHall faces
2828: x-Sensorx sensor
2929: y-Sensory-sensor
3030: z-Sensorz-sensor
31, 32, 3331, 32, 33: Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
3434: Mikroprozessormicroprocessor
3535: integrierter Schaltkreisintegrated circuit

Claims

Operating device, in particular electrical switch in the manner of a joystick and / or cursor switch, with an actuating member ( 3 ), wherein the actuating member ( 3 ) with a moving means ( 4 ) cooperates such that the actuating member ( 3 ) is movable in at least one direction from a neutral position, in particular into a movement position, and wherein a detection means ( 5 ) is provided for detecting the movement, in particular the movement position, characterized in that the detection means ( 5 ) a magnet ( 10 ) and a magnetic sensor ( 11 ) that the magnet ( 10 ) and / or the magnetic sensor ( 11 ) with the actuator ( 3 ) is in operative connection, in particular on the actuating member ( 3 ) is fixed so that the magnet ( 10 ) and / or the magnetic sensor ( 11 ) corresponding to the actuator ( 3 ) with a relative movement between the magnetic sensor ( 11 ) and the magnet ( 10 ) is movable, that the magnetic sensor ( 11 ) in the magnetic sensor ( 11 ) at the same place ( 14 ) acting magnetic field components (B _x , B _y , B _z ) of the magnet ( 10 ) generated magnetic field ( 13 ) in three, linearly independent spatial directions ( 15 ) and that the detection means ( 5 ) the movement of the actuator ( 3 ) in accordance with the coordinates (x, y, z) in a coordinate system due to the detected magnetic field components (B _x , B _y , B _z ).

Operating device according to claim 1, characterized in that the detection means ( 5 ) a to the movement of the actuator ( 3 ) corresponding to the coordinates (x, y, z), in particular for the movement position, generates corresponding signal, and that preferably the signal is used for switching and / or triggering a function in the manner of a switching signal.

Operating device according to claim 1 or 2, characterized in that the actuating member ( 3 ) with a pivoting means ( 16 ) cooperates such that the actuating member ( 3 ) in a pivoting plane in at least one direction from a neutral position, in particular in a pivoting position, is pivotable that preferably the actuating member ( 3 ) in a further pivoting plane in a further direction from the neutral position, in particular in a further pivotal position, is pivotable that further preferably the pivoting means ( 16 ) a universal joint ( 17 ), and that still further preferably for the pivoting in the further direction, in particular in the further pivot position, the same detecting means ( 5 ) is provided.

Operating device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the actuating member ( 3 ) with a rotating means ( 18 ) cooperates such that the actuating member ( 3 ) by at least one angle from a starting position, in particular in at least one rotational position, is rotatable, preferably that the actuating member ( 3 ) with a displacement means ( 21 ) cooperates such that the actuating member ( 3 ) is at least a distance from a zero position, in particular in a displacement position, linearly movable, and that further preferably for the rotation and / or for the displacement, in particular in the rotational position and / or in the displacement position, the same detecting means ( 5 ) is provided.

Operating device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is in the magnet ( 10 ) is a permanent magnet, that preferably the magnet ( 10 ) a substantially dipole magnetic field ( 13 ), that it is further preferably in the magnet ( 10 ) is a bar magnet, in particular a cylindrical magnet ( 10 ) whose ratio of height (h) to diameter (d) is approximately 1: 1, and still more preferably the magnet ( 10 ) is magnetized parallel to its axis of symmetry, in particular to the central axis of the cylinder.

Operating device according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is in the magnetic sensor ( 11 ) is a three-dimensionally measuring Hall sensor that preferably the magnetic sensor ( 11 ) as a three-dimensionally measuring Hall sensor system five sensitive Hall surfaces ( 23 . 24 . 25 . 26 . 27 ), which are arranged approximately in a cross-shaped manner in the manner of a sensor array, that further preferably for the measurement of the magnetic field component in the z-direction (B _z ) a vertically to the chip surface measuring Hall surface ( 27 ) at the crossing point of the sensor array as a z-sensor ( 30 ) is arranged that even more preferably for the measurement of the magnetic field components in the x and y direction (B _x , B _y ) in each case two parallel to the chip surface measuring Hall surfaces ( 23 . 24 . 25 . 26 ) at the crossing point of the sensor array respectively opposite and in the direction of the axes of the cross as x and y sensors ( 28 . 29 ) are arranged, and that even more preferably in each case the two Hall surfaces ( 23 . 24 ) for the x-sensor ( 28 ) as well as the two reverberant surfaces ( 25 . 26 ) for the y-sensor ( 29 ) are electrically connected to one another such that the respective mean magnetic field component of the x and y sensor ( 28 . 29 ) as magnetic field components in the x and y direction (B _x , B _y ) in place ( 14 ) of the z-sensor ( 30 ) is determined.

Operating device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the magnetic sensor ( 11 ) with three parallel analog-to-digital converters ( 31 . 32 . 33 ) such that the analog-to-digital converters ( 31 . 32 . 33 ) the Hall sensor voltages for the reverberant surfaces of the x-, y- and z-sensor ( 28 . 29 . 30 ), in particular substantially simultaneously, and that preferably the reverberant surfaces ( 23 . 24 . 25 . 26 . 27 ) and / or the analog-to-digital converters ( 31 . 32 . 33 ) and / or further circuit parts for the control of the magnetic sensor ( 11 ), for determining the coordinates (x, y, z) of the movement of the actuator ( 3 ), for communication with the magnetic sensor ( 11 ) o. The like. In a designed in the manner of an ASIC chip integrated circuit ( 35 ) are arranged.

Method for operating the operating device ( 1 ), in particular according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet ( 10 ) an analytically writable magnetic field ( 13 ), in particular a substantially ideal dipole field, preferably corresponding to a magnetic field ( 13 ) of a cylinder magnet ( 10 ) with a ratio of diameter (d) to cylinder height (h) of approximately 1: 1, that the magnetic sensor ( 11 ) in the magnetic sensor ( 11 ) in one place ( 14 ) acting components of the magnetic field strength (B _x , B _y , B _z ) of the magnetic field ( 13 ) in three, linearly independent spatial directions ( 15 ) and that the movement of the actuator ( 3 ) corresponding coordinates (x, y, z) along a coordinate axis of the coordinate system from that of the magnetic sensor ( 11 ) detected components of the magnetic field strength (B _x , B _y , B _z ) in all spatial directions ( 15 ) of the coordinate system.

Method for operating the operating device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the movement of the actuator ( 3 ) corresponding coordinates (x, y, z) are determined from the components of the magnetic field strength (B _x , B _y , B _z ) as follows:

and where p _{z is} the dipole moment of the magnet ( 10 ), π is the circle number (mathematical constant) and μ _{0 is} the magnetic permeability constant of the vacuum.