CN103946763A - 用于人机接口的旋转/按压操作装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于人机接口的旋转/按压操作装置(10)，尤其是用于车辆部件例如空调的旋转/按压操作装置，设置有操作元件(12)，其能够围绕引导轴(14)在旋转运动中转动，以及能够沿着引导轴(14)轴向运动。此外，该旋转/按压操作装置(10)具有滚动轴承单元(30)，其带有外轴承环(32)、内轴承环(34)以及布置在它们之间的滚动体(36，38)，其中轴承环(32，34)之一与操作元件(12)抗扭地连接并且能够与其一同转动。此外，旋转/按压操作装置(10)设置有转动传感器(42)，用于检测操作元件(12)的旋转运动，以及在操作元件(12)沿着引导轴(14)从初始位置到下压位置中的轴向运动时响应的压力传感器(50)。该旋转/按压操作装置此外具有回位元件(46)，用于将操作元件(12)从下压位置自动回移到初始位置中，其中回位元件(46)直接或者间接地作用到滚动轴承单元(30)上，并且其中另外的轴承环(32，34)在引导轴(14)上可轴向运动地引导，并且在其上防止转动地固定。

Description

用于人机接口的旋转/按压操作装置
本发明涉及一种用于人机接口的旋转/按压操作装置，尤其是车辆的操作单元的旋转/按压操作装置。
用于在车辆中通过所谓的人机接口进行数据输入或者用于车辆的操作单元的旋转/按压操作装置在现有技术中已知。通常，旋转/按压操作装置设置有旋转/按压元件。通过转动旋转/按压元件，选择字母、符号或者功能，并且通过按压来确认。在确认这种输入之后，执行与输入相应的任务。
由DE-A-10261284公开了一种可转动的操作元件，其可以在力作用的情况下沿着其转动轴线运动。该操作元件具有带齿的区段，其与齿轮配合，以便将操作元件的转动传递到齿轮上。齿轮的转动轴线在此与操作元件的转动轴线平行并且侧向地布置。通过该措施，操作元件沿着其转动轴线的运动是可能的。带齿的区段优选本身形成齿轮，使得完全旋转操作元件是可能的。
在现有技术中，此外公开了如下旋转/按压操作装置，其中旋转/按压元件具有通常相对于转动固定的中心键或者多个中心键，其布置在可转动的旋转元件内。这些键可下压并且用于数据输入或者确认数据输入。而旋转操作元件本身在此并不可下压。旋转/按压操作装置的前面提及的现有技术的例子在DE-A-102006018518、DE10-A-2004054178、DE-A-19964131、DE-A-10137883、EP-B-0282817和GB-A-2186668中。
本发明的任务是，提出一种用于人机接口的旋转/按压操作装置，其中该旋转/按压操作装置设置有简单的并且不易被干扰的结构用于将旋转/按压元件在两个正交方向上运动。
为了解决该任务，借助本发明提出了一种用于人机接口的旋转/按压操作装置，尤其是用于车辆部件例如空调的旋转/按压操作装置，其中该旋转/按压操作装置设置有：
－操作元件，其能够围绕引导轴在旋转运动中转动，以及能够沿着引导轴轴向运动，
－滚动轴承单元，其带有外轴承环、内轴承环以及布置在它们之间的滚动体，
－其中轴承环之一与操作元件抗扭地连接并且能够与其一同转动，
－转动传感器，用于检测操作元件的旋转运动，
－在操作元件沿着引导轴从初始位置到下压位置中的轴向运动时响应的压力传感器，以及
－回位元件(Rueckholelement)，用于将操作元件从下压位置自动回移到初始位置中，
－其中回位元件直接或者间接地作用到滚动轴承单元上，以及
－其中另外的轴承环(32，34)在引导轴(14)上可轴向运动地引导，并且在其上防止转动地固定。
在此，此外还可以设计的是：
－旋转止动单元，其布置在内轴承环和外轴承环之间或者在与内轴承环机械耦合的第一部件和与外轴承环机械耦合的第二部件之间，
－其中旋转止动单元具有设置有止动凹部的止动模板(Rastkulisse)和运动到止动凹部中以及从其中运动出来的至少一个止动突出部，
－其中止动模板和所述至少一个止动突出部能够相对于彼此运动，并且
－其中止动模板和/或所述至少一个止动突出部能够弹性移动或者变形。
根据本发明的旋转/按压操作装置具有旋转/按压元件，其借助滚动轴承单元能够围绕转动轴旋转地安置。此外，旋转/按压元件能够沿着引导轴来轴向地移动。滚动轴承单元具有外轴承环和内轴承环。滚动体位于二者之间。两个轴承环之一(通常为外轴承环)与旋转/按压元件连接，使得外轴承环在转动旋转/按压元件时一同旋转。另外的轴承环(通常为内轴承环)在固定的引导轴上(其形成转动轴)可轴向运动地引导，并且防止旋转地固定在引导轴上。旋转/按压元件的旋转运动通过转动传感器(例如绝对或者相对路径传感器)来检测。在此，例如光栅等等形式的光学传感器或者旋转电位器形式的机械传感器是合适的，其与旋转/按压元件啮合或者旋转连接。转动传感器的其他构型同样是可能的。旋转/按压元件的按压运动借助压力传感器来识别，其响应于旋转/按压元件沿着引导轴从初始位置直到下压位置中的下压。这种压力传感器在其最简单的构型中可以构建为(极限)开关。旋转/按压元件从下压位置到初始位置中的自动回移通过回位元件来进行。根据本发明，现在该回位元件直接或者间接地作用到滚动轴承单元上，使得当下压力例如在中央施加到旋转/按压元件上时，整个滚动轴承以及由此旋转/按压元件被下压。
替代或者附加于滚动轴承单元的平移的可运动性，根据本发明的旋转/按压操作装置可以具有旋转止动单元，其布置在内轴承环和外轴承环之间或者在与内轴承环机械耦合的第一部件和与外轴承环机械耦合的第二部件之间。旋转止动单元具有带止动凹部的止动模板和能够运动到止动凹部中以及从其中运动出来的至少一个止动突出部。止动模板和所述至少一个止动突出部能够相对于彼此运动。止动模板和/或所述至少一个止动突出部可弹性移动或者可变形。
在本发明的有利的改进方案中设计了，回位元件直接或者间接地作用到滚动轴承单元的内轴承环上。在此，此外可以有利地设计的是，回位元件具有螺旋弹簧。在此，一个或者多个回位元件可以直接或者间接地作用到滚动轴承单元上。
典型地，旋转/按压元件基本上帽状地、带有端侧和环周侧地构建。旋转/按压元件在端侧合乎目的地具有固定的键体，以及在环周侧具有可围绕键体转动的环元件，其中键体直接或者间接地与内轴承环连接，而环元件直接或者间接地与滚动轴承单元的外轴承环连接。
如果在这样构建的旋转/按压元件的情况下，现在按压固定的键体，即按压帽状的旋转/按压元件的端侧，则整个旋转/按压元件连同可转动的环元件向下运动。当例如下压力施加到旋转/按压元件的环元件上时，固定的键体同样向下运动。
为了机械地稳定旋转/按压元件，合乎目的的是，滚动轴承单元具有沿着引导轴在轴向上彼此间隔的两排滚动体。
借助根据本发明的方案，能够以最小的结构空间需求来实现旋转/按压操作单元。在此，该装置可以借助塑料构成的滚动轴承、即由塑料内轴承环和外轴承环构成的滚动轴承来实现。在这种结构中，可以集成旋转触感生成装置(Drehhaptik-Erzeugung)(例如止动装置)或者平移的引导装置或者集成二者。于是，在具有小的直径的旋转调节器情况下可以实现全部所希望的机械功能，其中同时保留了足够的位置用于例如在旋转/按压调节器的中央布置固定的按键。
下面借助实施例以及参照附图来进一步阐述本发明。在此，具体地：
图1示出了根据本发明的一个实施例的旋转/按压调节器的纵截面，
图2示出了沿着图1的平面II-II的横截面，
图3示出了根据图1的旋转/按压调节器，其带有在将下压力施加到旋转/按压调节器的中央时所表明的力流线，以及
图4示出了根据图1的旋转/按压调节器，其带有在将下压力施加到旋转/按压调节器的边缘区域上时所表明的力流线。
在图1中示意性地示出了旋转/按压操作装置10的结构。该操作装置10具有旋转/按压操作元件12，其围绕由空心轴限定的引导(转动)轴14可转动地安置。引导轴14从承载板16突出，该承载板通常情况下是导电电路板。旋转/按压操作装置10的壳体20的前板18与承载板16隔有距离地在旋转/按压操作元件12的周围。
在前板18中构建有通常为圆形的留空部22，旋转/按压操作元件12穿过该留空部突出。
旋转/按压操作元件12具有可手动抓取的帽状的上部操作部分24，其具有中央的固定布置的键体26和环绕该键体的、可转动的环元件28，该环元件例如设置有滚花的外(抓握)侧。键体26仅仅可以与环元件28一同下压并且被固定防止旋转，即并不与环元件28一同旋转。于是，键体26例如可以用作固定的符号区或者接触区或者类似的数据输入区，其并不一同旋转。
旋转/按压操作元件12此外具有滚动轴承单元30，其具有外轴承环32、内轴承环34和在二者之间的、在该实施例中为两组的滚动体36、38。操作部分24的环元件28牢固地与外轴承环32连接，使得当环元件28转动时，外轴承环转动。内轴承环34被固定防止转动，并且轴向引导地布置在引导轴14上。
转盘40位于可转动的外轴承环32之下，该转盘与作为转动传感器42的光栅共同作用。在环元件28转动时，转盘40转动，并且光栅、即转动传感器42识别出该旋转运动的范围。转盘40可以附加地具有光导体功能，用于在环元件28上进行光学显示。此外，转盘40可以设置有齿部，以便例如将旋转电位器作为转动传感器或者旋转路径传感器(替代光栅)来操作。旋转/按压操作元件12的旋转运动例如可以替代地通过霍尔传感器来检测。
如在图1和图2中可以看到的，在内轴承环34的轴向超出引导轴14的区域内插入有向上展宽的插入套44，其例如具有反射器功能。该插入套44承载固定的键体26。插入套44通过(例如出于对称原因)两个回位弹簧46来相对于承载板16支撑。在承载板16上，在被插入套44所占据的区域中此外有压力传感器50，其在该实施例中实施为极限开关，并且由在插入套44上构建的突出部48来操作。
在旋转/按压操作元件12下压时，弹簧46被压缩，并且操作压力传感器50。一旦下压力消失，则回位弹簧46将旋转/按压操作元件12又运动到根据图1的位置中。
在此要提及的是，压力传感器、回位弹簧和转动传感器的其他位置也是可能的。于是，例如回位弹簧46也可以直接地作用在内轴承环34上。在所示的实施例中，回位弹簧46作用在与内轴承环34刚性连接的元件、即插入套44上。
如尤其是从图2中可以看到的那样，在结构上在内轴承环34和与外轴承环32连接的转盘40之间有旋转止动单元52，其具有止动模板54，该止动模板带有交替相继地布置的(止动)凹部56和凸起部58以及(例如出于对称原因)两个弹性的止动突出部60。在该实施例中，止动模板54构建在内轴承环34(或者布置在其上的部件)的朝向转盘40的外侧62上，而止动突出部60保持在转盘40上。止动突出部60也可以直接保持在外轴承环32上。两个止动突出部60由(金属)弹簧夹64形成。
借助图3和图4来阐述在旋转/按压操作元件的按压操作时根据本发明实现的“带动方案”，其通过箭头2a至2f或者3a至3f来引起。根据图3，下压力施加到键体26上(参见箭头2a)。通过键体26的下压，也将插入套44下压(参见箭头2b)，更确切地说，逆着回位弹簧46的力下压。内轴承环34与插入套44刚性连接，通过该内轴承环通过滚动轴承单元30的滚动体36、38将其外轴承环32一同向下运动(参见箭头2c、2d和2e)。旋转/按压操作元件12的环元件28又与外轴承环32刚性连接，因此其与键体26一同向下运动(参见箭头2f)。
图4示出了当下压力施加到旋转/按压操作元件12的环元件28上时(参见箭头3a)的带动方案。在环元件28下压时，外轴承环32被下压(参见箭头3b)。通过滚动体36、38，外轴承环32携带内轴承环34(参见箭头3c)。由此，该内轴承环34也向下运动(参见箭头3d)。插入套44与内轴承环34刚性连接，该插入套于是同样被向下运动(参见箭头3e)，并且由此压缩回位弹簧46。键体26与插入套44刚性连接，使得该键体最后与环元件28一同向下运动(参见箭头3f)。
模板
附图标记表
10   操作装置
12   旋转/按压操作元件
14   旋转/按压操作元件的引导轴
16   壳体中的承载板
18   壳体的前板
20   壳体
22   前板中的留空部
24   旋转/按压操作元件的操作部分
26   操作部分的键体
28   操作部分的围绕其键体的环元件
30   滚动轴承单元
32   滚动轴承单元的外轴承环
34   滚动轴承单元的内轴承环
36   滚动体
38   滚动体
40   转盘
42   转动传感器
44   插入套
46   回位弹簧
48   插入套中的突出部
50   压力传感器
52   旋转止动单元
54   旋转止动单元的止动模板
56   止动模板的止动凹部
58   止动模板的凸起部
60   止动突出部
62   内轴承环的外侧
64   止动突出部的(金属)弹簧夹

Claims (9)

1.一种用于人机接口的旋转/按压操作装置，尤其是用于车辆部件例如空调的旋转/按压操作装置，其中该旋转/按压操作装置带有：
－操作元件(12)，其能够围绕引导轴(14)在旋转运动中转动，以及能够沿着引导轴(14)轴向运动，
－滚动轴承单元(30)，其带有外轴承环(32)、内轴承环(34)以及布置在它们之间的滚动体(36，38)，
－其中这些轴承环(32，34)之一与该操作元件(12)抗扭地连接并且能够与其一同转动，
－转动传感器(42)，用于检测操作元件(12)的旋转运动，
－在操作元件(12)沿着引导轴(14)从初始位置到下压位置中的轴向运动时进行响应的压力传感器(50)，以及
－回位元件(46)，用于将操作元件(12)从下压位置自动回移到初始位置中，
－其中回位元件(46)直接或者间接地作用到滚动轴承单元(30)上，以及
－其中这些轴承环(32，34)中的另外的轴承环在引导轴(14)上能够轴向运动地引导，并且在其上防止转动地固定。
2.根据权利要求1所述的用于人机接口的旋转/按压操作装置，其特征此外在于具有：
－旋转止动单元(52)，其布置在内轴承环(34)和外轴承环(32)之间或者在与内轴承环(34)机械耦合的第一部件和与外轴承环(32)机械耦合的第二部件(40)之间，
－其中旋转止动单元(52)具有设置有止动凹部(56)的止动模板(54)和运动到止动凹部(56)中以及从其中运动出来的至少一个止动突出部(60)，
－其中止动模板(54)和所述至少一个止动突出部(60)能够相对于彼此运动，并且
－其中止动模板(54)和/或所述至少一个止动突出部(60)能够弹性移动或者变形。
3.根据权利要求2所述的旋转/按压操作装置，其特征在于，回位元件(46)直接或者间接地作用到滚动轴承单元(30)的内轴承环(34)上。
4.根据权利要求2或3所述的旋转/按压操作装置，其特征在于，回位元件(46)具有螺旋弹簧。
5.根据权利要求1至4之一所述的旋转/按压操作装置，其特征在于，多个回位元件(46)直接或者间接地作用到滚动轴承单元(30)上。
6.根据权利要求1至5之一所述的旋转/按压操作装置，其特征在于，旋转/按压元件(12)基本上帽状地、带有端侧和环周侧地构建，并且在端侧具有固定的键体(26)，以及在环周侧具有能够围绕键体(26)转动的环元件(28)，其中该键体(26)直接或者间接地与内轴承环(34)连接，而该环元件(28)直接或者间接地与滚动轴承单元(30)的外轴承环(32)连接。
7.根据权利要求1至6之一所述的旋转/按压操作装置，其特征在于，所述滚动轴承单元(30)具有沿着引导轴(14)在轴向上彼此隔有距离的两排滚动体(36，38)。
8.根据权利要求1至7之一所述的旋转/按压操作装置，其特征在于，所述至少一个止动突出部(60)构建为(金属)弹簧夹(64)。
9.根据权利要求1至8之一所述的旋转/按压操作装置，其特征在于，所述旋转止动单元(52)布置在外轴承环和内轴承环(32，34)的朝向彼此的侧上，或者布置在与它们机械耦合的部件(40)的朝向彼此的侧上。
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