CN103282850A - 用于人机界面的转动/推动操作装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于人机界面、尤其用于车辆的操作单元的转动/推动操作装置（10），其包括：能手动操作的转动/推动元件（12），其能绕转动轴线（15）转动，并且能沿转动轴线（15）方向被向下推动；以及滚动体轴承（14），其限定转动轴线（15），并且包括固定轴承套圈（18）、可移动轴承套圈（20）、以及设置在所述两个轴承套圈之间的滚动体保持架（22）。转动/推动元件（12）以如下方式与可移动轴承套圈（20）耦接：当在转动/推动元件（12）转动期间可移动轴承套圈（20）转动或者沿转动轴线（15）的方向轴向移动时，转动/推动元件（12）与可移动轴承套圈（20）一起运动。

Description

用于人机界面的转动/推动操作装置
本发明涉及一种用于人机界面、尤其用于车辆的操作单元的转动/推动操作装置。
分别用于在车辆内借助于所谓的人机界面输入数据的和用于车辆的操作单元的转动/推动操作装置是现有技术中公知的。在通常情况下，转动/推动操作装置设置有转动/推动元件。通过使转动/推动元件转动，人们能够选择文字、符号或功能，并且这些将通过按压加以确认。在确认这种输入之后，将执行与该输入对应的任务。
从DE-A-102 61 284中获知一种转动操作元件，在施加力时该转动操作元件可以沿其转动轴线移动。该操作元件包括齿部，所述齿部被设置成与齿轮啮合，以便该操作元件的转动会被传递到该齿轮上。在这种结构中，齿轮的转动轴线设置成平行于操作元件的转动轴线，并且设置在操作元件的转动轴线的侧面。这种措施容许操作元件沿其转动轴线运动。所述齿部优选形成齿轮本身，因此允许操作元件全转动。然而，这种已知操作元件的缺点在于所述操作元件的转动和在其轴向上的移动是通过多个齿轮的协作实现的，因此构造将极其复杂。
从DE-A-102 12 992中获知一种转动操作元件，其包括固定的内部部分、可转动环形元件和作为外部部分的相应套筒元件，后者通过滚动轴承支撑在所述内部部分上。
本发明的目的是提供一种用于人机界面的转动/推动操作装置，其中所述转动/推动操作装置设置有用于使转动/推动元件沿两个正交方向运动的简化和无故障的构造。
根据本发明，为了实现上述目的，提出了一种转动/推动操作装置，其包括：
-能手动操作的转动/推动元件，所述转动/推动元件能绕转动轴线转动，并且能沿所述转动轴线的方向被向下推动；
-滚动体轴承，所述滚动体轴承限定所述转动轴线，并且所述滚动体轴承包括固定轴承套圈、可移动轴承套圈、以及设置在所述两个轴承套圈之间的滚动体保持架；
-所述转动/推动元件紧密地耦接到所述可移动轴承套圈；
-所述滚动体保持架包括设置在所述滚动体保持架的至少一个径向平面中的多个滚动体；并且
-所述固定轴承套圈和所述可移动轴承套圈形成至少一个环形运动通道，在所述环形运动通道内，当所述转动/推动元件转动时，所述滚动体能沿所述两个轴承套圈的周向移动，同时在所述两个轴承套圈的对置的运动轨道上进行滚动运动；并且，当所述转动/推动元件被推动时，所述滚动体能在与所述周向成直角的运动轨道上沿所述转动轴线的方向移动；以及
-端部邻接元件，用于将所述转动/推动元件沿所述转动轴线的方向的运动限制在基本位置和下推位置之间。
根据本发明的转动/推动操作装置设置有手动致动的转动/推动元件，转动/推动元件通过滚动轴承被支撑用于绕转动轴线转动，所述转动/推动元件附加地适于沿转动轴线方向被下压并且回移。所述滚动轴承包括固定轴承套圈、可移动轴承套圈、以及设置在所述两个轴承套圈之间的滚动体保持架，其中转动/推动元件以如下方式与可移动轴承套圈耦接：当在转动/推动元件转动期间可移动轴承套圈转动或者沿转动轴线方向沿轴向移动时，转动/推动元件将与可移动轴承套圈一起运动。滚动体保持架设置有配置在至少一个径向平面中的多个滚动体。滚动体在由固定轴承套圈和可移动轴承套圈形成的环形运动通道内运动。在该运动通道内，当转动/推动元件转动时，滚动体能沿两个轴承套圈的周向移动，同时在所述两个轴承套圈的对置的运动轨道上进行滚动运动；并且，当转动/推动元件被向下推动时，滚动体能在与所述周向成直角的运动轨道上沿所述转动轴线方向移动。因此，滚动体设置成在轴向上“浮置”在所述运动轨道之间。可看出本发明的转动/推动操作装置的结构简化，这是因为转动/推动元件在两个正交方向上的运动仅通过滚动轴承来实现。
为了将转动/推动元件沿转动轴线延伸方向上的运动限制在基本位置和下推位置之间，本发明的转动/推动操作装置包括端部邻接元件。
端部邻接元件可用多种形式设计。例如，端部邻接元件可以包括两个凸缘和邻接突出部，所述两个凸缘从固定轴承套圈上沿径向突伸出并且沿轴向间隔开，所述邻接突出部从可移动轴承套圈上突伸出并且延伸在两个凸缘之间。在这种情况下，转动/推动元件的基本位置和下推位置通过邻接突出部与所述凸缘中相应的凸缘的邻接而限定。位于轴承套圈上的凸缘和邻接突出部的配置也可以对调。
替代地，位于转动/推动元件上的邻接突出部也可以例如与操作装置的诸如例如前盖和支撑转动/推动元件的板（电路板）等其他元件协作，以限定基本位置和下推位置。
根据本发明，运动通道在转动轴线延伸方向上包括两个端部，在这两个端部处，两个运动轨道之间的间距可以减小。为了允许滚动体在两个对置运动轨道上滚动，所述运动轨道之间的间距大致等于滚动体的在两个轴承套圈的径向方向上的尺寸。如果该间距在运动通道的两个端部处减小，则滚动体不能进入运动通道的变窄端部。因此，所述运动轨道的端部处的减小间距将形成端部邻接元件。
作为本发明的另一变型，可以设置滚动体为大体圆柱体（例如，具有圆柱形或球形外表面）。当转动/推动元件将沿转动轴线方向移动时（例如，当转动/推动元件被向下推动时），所述圆柱体将在两个轴承套圈的对置的运动轨道上移位。
优选地，滚动体是滚珠。这样的优点是，滚珠既可以通过沿两个轴承套圈的周向也可以通过沿转动轴线方向在运动轨道上滚动而运动。因此，转动/推动元件沿转动轴线延伸方向的运动也将引发滚动体滚珠与运动轨道之间的滚动运动、而非滑动运动。
为了防止轴承例如因作用于转动/推动元件上的倾斜力矩而导致磨损，滚动体和滚动体保持架各自可以有多种实施方式。在这点上，根据本发明的有利实施方式提供了滚动体被设置在滚动体保持架的两个互相间隔的径向平面中。因此，转动/推动元件在转动轴线延伸方向上通过两个互相间隔的滚动体组而受到支撑。由此，能够防止转动/推动元件的可能的不希望出现的倾斜。结果，增强了转动/推动操作装置的稳定性。
适当地，通过复位元件，转动/推动元件能够从其下推位置自动复位到其基本位置。所述复位元件例如可以是任意设计的弹性元件。通过将转动/推动元件下压到下推位置，复位元件将被偏置到更严重的程度。一旦转动/推动元件被释放，转动/推动元件可以通过复位元件的恢复力复位到其基本位置。
本发明的转动/推动元件适当地设置有至少一个用于检测转动/推动元件的转动运动和/或当前转动位置的传感器、以及至少一个用于检测转动/推动元件的下推位置的第二传感器。
下面将参照附图通过示例性实施方式更加详细地描述本发明。在附图的各图中，示出如下：
图1是一种转动/推动操作装置的局部剖视立体图；
图2是转动/推动操作装置的剖视图，其中该转动/推动操作元件处于其转动/推动元件位于其基本位置的状态下；
图3是转动/推动操作装置的剖视图，其中该转动/推动操作装置处于其转动/推动元件位于其下推位置的状态下；
图4是图2中IV标记的区域的放大图；以及
图5是图3中V标记的区域的放大图。
图1中，以剖视图局部示出了转动/推动操作装置10，其包括转动/推动元件12和形成为滚珠轴承的滚动体轴承14，所述转动/推动元件12适于绕转动轴线15沿转动/推动元件12的周向转动，并且沿着所述转动轴线15移动。所述滚动体轴承14包括固定于支撑板16（例如形成为电路板）的轴承套圈18、可移动轴承套圈20、以及设置于轴承套圈18和可移动轴承套圈20之间的包括滚动体24的滚动体保持架22，其中所述可移动轴承套圈20围绕所述固定轴承套圈18、或者设置在所述固定轴承套圈18内侧。在本发明实施例中，可移动轴承套圈20与转动/推动元件12一体形成。因此，不管是转动/推动元件12在沿周向转动时还是沿转动轴线15方向移动的期间，可移动轴承套圈20均将跟随转动/推动元件12的手动引发的运动。
滚动体保持架22的所述滚动体24是滚珠25、26。为了提高滚动体轴承14的稳定性，滚珠25、26可转动地设置在滚动体保持架22的两个彼此间隔的径向平面中。适当地，在可移动轴承套圈20和固定轴承套圈18中，针对分布在两个平面中的滚珠25、26，形成两个相应的环形运动通道27、28，特别地为上运动通道27和下运动通道28。所述上运动通道27包括两个对置的运动轨道29、30，其中运动轨道29由固定轴承套圈18形成，运动轨道30由可移动轴承套圈20形成。以与上运动轨道27类似的方式，下运动轨道28也设置有形成在两个轴承套圈上的两个运动轨道31、32。不管在转动/推动元件12沿其周向转动时、还是在转动/推动元件12沿转动轴线15被下压时，滚珠25、26能够在各自的运动轨道29、30、31、32上滚动。将参照图4和图5更加详细地说明滚珠25、26与运动轨道29至32的协作。
为了检测转动/推动元件12的转动位置，第一传感器34，例如光学作用的转动-位置传感器，设置在支撑板16上，所述传感器检测转动/推动元件12的转动位置。
为了使转动/推动元件12从其下推位置自动复位到其基本位置，转动/推动操作装置10还包括复位元件36。如图1所示，转动/推动操作装置10设有用作复位元件36的复位弹簧38。当转动/推动元件12被下压时，复位弹簧38将被压缩在形成于转动/推动元件12上的壳体40与从支撑板16上突伸出的弹簧保持元件42之间。
为了检测转动/推动元件12是否到达其下推位置，转动/推动操作装置10包括第二传感器44。该传感器44可设置成，例如，用于检测在两个轴承套圈18、20内部的壳体40的运动（如图1所示），或者用于检测在两个轴承套圈18、20外部的可移动轴承套圈20的运动。
图2示出了转动/推动操作装置10的剖视图，其中该转动/推动操作装置10处于其转动/推动元件12位于其基本位置的状态下。如图2中可见，转动/推动元件12通过复位弹簧38被偏置到该基本位置。转动/推动元件12是可转动的，例如，用于从人机界面的面向用户的菜单中选择期望功能。转动/推动元件12的转动位置或运动由第一传感器34检测。为了激活期望功能，转动/推动元件12将沿其转动轴线15方向被手动下压一直到其下推位置。当已到达下推位置时，这将被第二传感器44检测出。
将分别参见图4和图5，更加详细地说明滚动体轴承14在转动/推动元件12的基本位置（图2）和下推位置（图3）的状态。
如图4和图5所示，当转动/推动元件12被按压时，所述滚珠25、26分别设置在上运动通道27和下运动通道28中。转动/推动元件12沿转动轴线15方向在基本位置和下推位置之间的运动被端部邻接元件45限制。端部邻接元件45的功能能够通过多种选项实现。图4和图5中示出了一种措施。如图4和图5中所示，上运动通道27在转动轴线15方向上包括两个端部，特别地为上端部46和下端部47，两个面对的运动轨道29、30之间的间距在这两个端部处减小，由此形成上运动通道27的互相阻挡的收窄的端部46、47。以该同样的方式，下运动通道28包括两个互相阻挡的收窄的端部48、49。
当转动/推动元件12以所提供的方式运动时，即被转动或下压时，滚珠25和26被设置在上运动通道27和下运动通道28的扩宽的中间区域内。在两个运动通道27和28的这些扩宽区域与相应的上下端部46、47、48和49之间，运动轨道29、30、31和32包括凹形过渡弯曲部50、52、54和56。如图4和图5所示，这些过渡弯曲部可以交替形成在彼此对置的运动轨道29、30、31和32上。因此，在运动通道27的下端部47处，即在运动轨道30的下端部上，形成有过渡弯曲部52。过渡弯曲部50设置在上运动通道27的上端部46上，即固定轴承套圈18的运动轨道29的上端部上。
如图4所示，因过渡弯曲部50和52与上滚珠25邻接的事实，故滚珠25对转动/推动元件12越过基本位置（图4）的进一步运动构成限制。以该同样的方式，下滚珠26因过渡弯曲部54、56与之邻接，而对转动/推动元件12越过下推位置（图5）的进一步运动构成限制。通过上述的滚珠与过渡弯曲部的协作，实现了端部邻接元件45的功能。
附图标记列表
10  转动/推动操作装置
12  转动/推动元件
14  滚动体轴承
15  转动/推动元件的转动轴线
16  支撑板
18  固定轴承套圈
20  可移动轴承套圈
22  滚动体保持架
24  滚动体
25  滚动体保持架的上径向平面中的滚珠
26  滚动体保持架的下径向平面中的滚珠
27  滚动轴承的上运动通道
28 滚动轴承的下运动通道
29  固定轴承套圈的上运动路径
30  可移动轴承套圈的上运动路径
31  固定轴承套圈的下运动路径
32  可移动轴承套圈的下运动路径
34  第一传感器（转动式传感器）
36  复位元件
38  复位弹簧
40  壳体
42  弹簧保持元件
44  第二传感器（下压式传感器）
45  端部邻接元件
46  上运动通道的上端部
47  上运动通道的下端部
48  下运动通道的上端部
49  下运动通道的下端部
50  上运动通道中的上过渡弯曲部
52  上运动通道中的下过渡弯曲部
54  下运动通道中的上过渡弯曲部
56  下运动通道中的下过渡弯曲部

Claims (9)

1.一种用于人机界面、尤其用于车辆的操作单元的转动/推动操作装置（10），所述转动/推动操作装置（10）包括：
-能手动操作的转动/推动元件（12），所述转动/推动元件（12）能绕转动轴线（15）转动，并且能沿所述转动轴线（15）的方向被向下推动；
-滚动体轴承（14），所述滚动体轴承（14）限定所述转动轴线（15），并且所述滚动体轴承包括固定轴承套圈（18）、可移动轴承套圈（20）、以及设置在所述两个轴承套圈之间的滚动体保持架（22）；
-所述转动/推动元件（12）紧密地耦接到所述可移动轴承套圈（20）；
-所述滚动体保持架（22）包括设置在所述滚动体保持架（22）的至少一个径向平面中的多个滚动体（24）；并且
-所述固定轴承套圈（18）和所述可移动轴承套圈（20）形成至少一个环形运动通道（27、28），在所述环形运动通道内，当所述转动/推动元件（12）转动时，所述滚动体（24）能沿所述两个轴承套圈（18、20）的周向移动，同时在所述两个轴承套圈（18、20）的对置的运动轨道（29、30、31、32）上进行滚动运动；并且，当所述转动/推动元件（12）被推动时，所述滚动体（24）能在与所述周向成直角的所述运动轨道（29、30、31、32）上沿所述转动轴线（15）的方向移动；以及
-端部邻接元件（45），用于将所述转动/推动元件（12）沿所述转动轴线（15）的方向的运动限制在基本位置和下推位置之间。
2.如权利要求1所述的转动/推动操作装置（10），其特征在于，在所述转动/推动元件（12）在所述基本位置和所述下推位置之间运动的期间，所述对置的运动轨道（29、30、31、32）能沿所述转动轴线（15）的方向相对于彼此移位。
3.如权利要求1或2所述的转动/推动操作装置（10），其特征在于，在所述转动轴线（15）的方向上，所述运动通道（27）具有两个端部（46、47），在所述两个端部（46、47）处，两个所述运动轨道（29、30）之间的间距减小以形成所述端部邻接元件（45）。
4.如权利要求1至3中任一项所述的转动/推动操作装置（10），其特征在于，所述滚动体（24）为大体圆柱体，在所述转动/推动元件（12）沿所述转动轴线（15）的方向的运动期间，所述圆柱体能沿着所述两个轴承套圈（18、20）的所述对置的运动轨道（29、30、31、32）移位。
5.如权利要求1至3中任一项所述的转动/推动操作装置（10），其特征在于，所述滚动体（24）是滚珠（25、26），在所述转动/推动元件（12）沿所述转动轴线（15）的方向的运动期间，所述滚珠（25、26）能通过在所述两个轴承套圈（18、20）的对置的运动轨道（29、30、31、32）上滚动而移动。
6.如权利要求1至5中任一项所述的转动/推动操作装置（10），其特征在于，所述滚动体（24）设置在所述滚动体保持架（22）的两个彼此间隔的径向平面中。
7.如权利要求1至6中任一项所述的转动/推动操作装置（10），其特征在于，所述转动/推动元件（12）能通过复位元件（36）从所述转动/推动元件（12）的下推位置自动复位到所述转动/推动元件（12）的基本位置。
8.如权利要求1至7中任一项所述的转动/推动操作装置（10），其特征在于第一传感器（34），所述第一传感器（34）用于检测所述转动/推动元件（12）的转动运动和/或当前转动位置。
9.如权利要求1至8中任一项所述的转动/推动操作装置（10），其特征在于第二传感器（44），所述第二传感器（44）用于检测所述转动/推动元件（12）的所述下推位置。
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