CN206249138U - 带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件 - Google Patents

带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其包括：外壳；旋转调节器，其包括围绕旋转轴(R)旋转的操作件以及用于检测操作件的旋转位置的装置；在外壳上可移动地安装旋转调节器的装置，其允许旋转调节器在静止位置和至少一个移动位置之间在一个垂直于旋转轴(R)的移动方向(V)上进行相对于外壳的滑动调节；扭矩臂，其在旋转调节器进行旋转操作的过程中作为支座，其中所述扭矩臂包括至少一个凹槽和一个嵌入到所述凹槽中并且在沿着移动方向(V)进行滑动操作时可纵向移动的引导元件；用于探测旋转调节器的滑动位置的装置；使旋转调节器从所述至少一个移动位置复位到静止位置的装置。

Description

带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件
技术领域
本实用新型涉及一种多功能操作元件。当需要在小操作面上为某个调整值提供大调节范围时，人们喜欢使用旋转调节器。此外，众所周知，这种旋转调节器还具有另外一项功能。
背景技术
在机械结构方面，旋转调节器可以相对简单地与按压功能组合在一起，操作元件的安装方式使其可沿着实现旋转功能的旋转轴移动。车辆中的现代多媒体设备，越来越多地要求通过投射在显示器中的输入区对光标进行动作控制。例如，和操纵杆一样，可以让操作元件能够摇动，来实现这一功能。然而和旋转调节器组合后，摇动时会导致旋转轴也一起摇动，造成操作困难，这在大多数情况下都可以通过大的摇动半径和相应地加大结构空间深度来补偿。但是，尤其是在致力于让操作元件紧凑的车辆结构中，这种补偿方法是一种劣势。
另一种解决方法是，在旋转调节器的操作元件中心集成一块触控板。但是该解决方案的缺点在于，存在输入区相对较小以及触控板电接触方面的问题。因此，一个努力的方向是实现多功能的旋转调节器，让操作元件可垂直于一旋转轴移动，以提供更多的功能。有多种方法可实现此目的。例如，可以在旋转调节器中设计一个联轴器，一方面将操作件的旋转运动传递到检测装置，同时也允许与确定旋转位置所需的检测装置有相对的位移。但是，如果要准确地识别旋转位置，就需要将操作件无缝、精确地连接到旋转位置传感器上，尤其是不能受到移动位置的影响。该解决方案的成本相对较高。
发明内容
在这一背景下，发明人给自己设定的任务是，提供一种操作元件，其旋转调节器额外增加了可垂直于旋转轴进行移动的功能，因此提供触摸和结构空间方面的优势，同时不妨碍旋转功能的精确性。根据本发明的操作元件可完成该任务。有利的设计结构也是本发明要求保护的对象。需要指出的是，本发明的权利要求中单独列出的特征可以通过任意的、技术上合理的方式互相组合，形成发明的其它设计结构。本发明的说明书，尤其是配合使用了图形的说明，进一步明确和具体化了本发明的特点。
本发明的主题是带有旋转调节器和移动功能的操作元件。符合本发明要求的操作元件带有一个外壳。外壳这个概念的释义应有延伸，例如，不一定要将外壳设计成部分地密封操作元件的结构。例如，外壳可以是操作元件的零件支架，以及可以用于固定操作元件，例如固定到操作面板或者仪表板上。例如，外壳可以完全或者部分由塑料(例如热塑性塑料)和/或者金属或者合金制成，尤其是主要包含锌、铝、镁、铜的合金制成。
本发明提供一种带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，包括：
外壳；
旋转调节器，其包括围绕旋转轴旋转的操作件以及用于检测操作件的旋转位置的装置；
在外壳上可移动地安装旋转调节器的装置，其允许旋转调节器在静止位置和至少一个移动位置之间在一个垂直于旋转轴的移动方向上进行相对于外壳的滑动调节；
在旋转调节器进行旋转操作的过程中作为支座的扭矩臂，其中所述扭矩臂包括至少一个凹槽和一个嵌入到所述凹槽中并且在沿着移动方向进行滑动操作时可纵向移动的引导元件；
用于探测旋转调节器的滑动位置的装置；
使旋转调节器从所述至少一个移动位置复位到静止位置的装置。
进一步地，引导元件是楔形的并且凹槽朝向其底部方向逐渐变细。
进一步地，引导元件嵌入凹槽中，并且二者在外形上彼此啮合。
进一步地，引导元件和凹槽之间的啮合是弹性预紧的。
进一步地，旋转调节器带有透明或者半透明材料制成的轴，用于操作件的尾部照明以及在操作件和检测旋转位置的装置之间传递扭矩。
进一步地，旋转调节器安装在外壳上，以在垂直于旋转轴的平面内或者在位于该平面内的多个移动方向上移动，所述扭矩臂在旋转调节器和外壳之间具有带动件，带动件相对于外壳通过至少一个第一凹槽和一个对应的与第一凹槽啮合的第一引导元件沿第一方向移动，旋转调节器相对于带动件通过至少一个第二凹槽和对应的与第二凹槽啮合的第二引导元件沿第二方向移动。
进一步地，所述操作元件还包括一对相对于旋转轴径向相对的第一凹槽和第二凹槽凹槽，以及一对分别对应的第一引导元件和第二引导元件。
进一步地，所述操作元件还包括滑槽，用于将旋转调节器的移动方向主要限制在外壳上四个垂直于旋转轴的移动方向上。
进一步地，所述滑槽被设计为，使得沿着四个移动方向操作的时候，在至少一个第一凹槽和对应的至少一个第一引导元件之间出现相对移动，在至少一个第二凹槽和对应的至少一个第二引导元件之间出现相对移动。
进一步地，带动件由弹簧钢环构成。
进一步地，用于复位的装置包含一个或者多个永磁体对，尤其是两个同轴布置的环形磁铁。
进一步地，在一定位置上所述用于探测旋转调节器的滑动位置的装置包括设在外壳和旋转调节器之间的机电探头。
进一步地，所述在外壳上可移动地安装旋转调节器的装置包含多个滚动轴承。
进一步地，所述在外壳上可移动地安装旋转调节器的装置还包括固定在旋转调节器上优选为星形的金属板，该金属板构成了滚动轴承的滚动体支承面并且将滚动体弹性预紧到外壳上。
此外，本发明还要求提供一种旋转调节器，上面带有一个围绕旋转轴(R)旋转的操作件，以及用于探测操作件旋转位置的装置。旋转调节器这个概念的释义应有延伸。例如，探测旋转位置的装置包括，触摸式探测装置(例如电位计)以及免触摸工作式探测装置(例如光学和电磁探测装置)。旋转位置探测装置最好是包含一个永磁式旋转位置传感器，其扭转或者位置可以通过至少一个霍尔传感器进行探测。这里最好使用带有卡止装置的旋转调节器，可以用来产生明显的触觉性、重复性卡止阻力。
此外，外壳上还设计了可移动的旋转调节器支承装置。换种方式说就是，根据本发明的要求，整个旋转调节器应可以相对于外壳发生运动。它们的作用是，在静止位置和至少一个移动位置之间，沿着至少一个垂直于旋转轴的移动方向，移动引导外壳上的旋转调节器。
此外，根据本发明的要求，还设计有一个扭矩臂。根据发明，此扭矩臂的作用是提供扭矩支撑，也就是在旋转调节器进行旋转操作的时候在外壳侧提供支持。根据发明，该扭矩臂至少包含一个凹槽，和一个嵌入凹槽中并且在操作件移动的时候可纵向移动的引导元件。例如，凹槽与移动方向平行或者倾斜于移动方向。
发明要求的扭矩臂用于在对操作件进行旋转调节的时候提供扭矩支撑，同时让操作件或者整个旋转调节器可以相对于外壳进行移动。
根据本发明的要求，还设计有用于探测旋转调节器的移动位置的装置。例如，探测旋转位置的装置包括，触摸式的或者非触摸式的探测装置，例如光学和电磁探测装置。移动位置探测装置最好至少包含一个机电探头。移动动作或者旋转位置探测装置的任务是，提供一个与开关或者控制功能相关的电参数，让分析单元进行分析。
本发明还设计了允许旋转调节器从至少一个移动位置回复到静止位置的装置，例如至少要设计一个弹簧。复位装置最好至少包含一个永磁体。
在符合本发明要求的结构中，除了可以进行旋转调节之外，还要至少可以沿着位于垂直于旋转轴的平面中的一个方向移动，同时又不牺牲旋转调节功能或者至少不牺牲这项功能的精确性。由于在符合发明要求的结构中，整个旋转调节器连同旋转位置所需的探测装置一起移动，所以探测精度得以保留。操作件和旋转位置探测装置之间的机械性、通常带有间隙的连接就可以省略。
引导元件最好设计成楔形并嵌入往地板方向逐渐变细的凹槽中。例如，引导元件过盈地装入凹槽中，以便在发生磨损的时候，能够通过更深地插入引导元件来平衡间隙。在一种优 选的结构类型中，引导元件嵌入凹槽中，外形彼此接合。凹槽和引导元件最好彼此相对地弹性预紧。经过这样的滑槽设计之后，在对操作件进行旋转调节的时候，外壳上的旋转调节器就能实现无间隙的扭矩支撑，其中引导元件和凹槽嵌入方向上的弹性预紧力，确保了持续的间隙最小化。如果在旋转调节过程中设计一个可在触觉上感知到的卡止动作，则这种设计结构就尤其具有优势。间隙可能会对卡止的精确度产生不利影响。此外，在对旋转调节器进行旋转操作的时候，尤其是在改变旋转方向的时候会导致凹槽和引导元件之间的接触区/接合面出现不利的改变，并且要探测的旋转运动会被一个方向变换的回转运动覆盖，影响旋转位置探测精度。
为了改善引导元件在凹槽中在延伸方向上移动时的滑动特性，为引导元件和凹槽之间的接触区设计了一个由金属和塑料构成的材料配对，或者由塑料和塑料构成的材料配对。例如，在引导元件一侧设计了一个热塑性塑料，在凹槽一侧设计一个主要由锌、铝、镁、铜构成的金属合金。
旋转调节器最好是具有一个由透明或者半透明材料制成的轴，用以从尾部照亮操作件，和在操作件和旋转位置探测装置(尤其是旋转位置传感器)之间进行扭矩传递。这样，将操作件的旋转操作传递到附属的探测装置上的轴就可实现双重功能，一方面是作为照明尾灯，另一方面是传递旋转动作。
根据一个优选的操作元件设计方案，旋转调节器可在外壳上沿垂直于旋转轴的平面移动，或者沿位于该平面中的多个移动方向移动。其中，扭矩臂在旋转调节器和外壳之间有一个带动件，该带动件相对于外壳通过至少一个第一凹槽和附属的与凹槽啮合的第一引导元件沿第一方向移动，旋转调节器相对于带动件通过至少一个第二凹槽和一个附属的与第二凹槽啮合的第二引导元件沿第二方向移动。这样可以用相对简单的方式，且在节省了结构空间的情况下，让旋转调节器可以在多个移动方向上移动。
为了提供可靠的扭矩支撑，针对每个移动方向均各设计了两个针对旋转轴彼此相对的凹槽和各两个与凹槽啮合的引导元件，也就是说各设计了两个第一和第二在相对于旋转轴彼此相对的凹槽和各两个第一和第二附属引导元件。
为了限制在垂直于旋转轴平面中的可自由移动性，本发明设计了一个滑槽。旋转调节器的移动能力最好主要限制在四个垂直于旋转轴的移动方向上。例如，外壳上设计了多个接片，在移动的过程中，这些接片会嵌入旋转调节器侧的空隙中，引起旋转调节器移动。
滑槽最好设计成，沿着移动方向移动的时候，在至少一个第一凹槽和对应的至少一个第一引导元件之间出现相对移动，以及在至少一个第二凹槽和对应的至少一个第二引导元件之间出现相对移动。例如，可以这样设计滑槽，使得彼此直交的移动方向与由第一凹槽和第二凹槽的延伸方向确定的方向一起围成一个45°角。两个相对运动同时发生的优点在于，即使 在带动件和外壳之间以及带动件和旋转调节器之间可能存在滑动摩擦差异，在不同移动方向上也不会感觉的触觉上的差异，尤其是在存在不同的接触材料配对时。
为了节约结构空间，带动件被设计为一个弹簧钢环。“环”这个概念应理解为整体上为环状的物体。通过环状带动件中间的缺口，布置在操作元件中央的照明装置(例如发光元件和/或者光导体)将可照亮操作件或者其中的发光面。例如，由环形所确定的缺口面平行于移动方向，从而赋予旋转动作传递机构有利的、超出所需的高扭转刚度。
带动件所具有的材料特性，使其能够用于在凹槽和附属的引导元件之间产生弹性预紧啮合效果。例如，引导元件是由弹簧钢环构成的或者是固定在其上面的。在另外一种设计方案中，引导元件采用热塑性塑料，通过在弹簧钢制成的带动件上成形制成。
在优选的设计方案中，复位装置包含一个或者多个永磁体对，尤其是两个同轴的环形磁铁。使用永磁体可实现无磨损、无摩擦损耗的复位。两个环形磁铁最好与处于静止位置的旋转轴同轴，在它们的环形端面之间形成一个空隙。环形磁铁的极方向最好是顺着其轴向。它们的环形端面最好是一致的。在一种设计方案中，永磁体对中至少有一个配置有极靴。
对于每个移动位置上用于探测旋转调节器移动位置的装置，最好在外壳和旋转调节器之间安装一个机电探头。
为了降低移动过程中的摩擦损耗，外壳上可移动的旋转调节器支承装置最好带有多个滚动轴承，尤其是球轴承。
根据一个优选的设计方案，外壳上可移动的旋转调节器支承装置包含一个固定在旋转调节器上的(最好是星形的)金属板，构成滚动轴承的滚动体，尤其是球体的支承面，并且将滚动体弹性预紧到外壳上。
此外，本发明还涉及在车辆中对采用前述结构形式的操作元件进行同样有利的使用。
附图说明
下面将利用图形进一步阐述本发明以及技术环境。需要指出的是，这些图形显示的是本发明的最优选结构型式，但本发明不局限于这些结构。这些图形显示的是：
图1是符合发明要求的操作元件1的旋转调节器的旋转轴截面视图；
图2是符合发明要求的操作元件1的旋转调节器的旋转轴的另一个截面视图；
图3是外壳立体图，外壳里面插入了图1和2操作元件1的带动件5；
图4是旋转调节器4一部分的立体图，带有图1和2操作元件1的带动件5。
具体实施方式
图1和2分别展示了发明要求保护的操作元件1的优选结构类型的不同截面图。操作元件1带有外壳3。在外壳3构成的空腔内布置着一个旋转调节器4。该旋转调节器4可通过操 作件2围绕着旋转轴R进行旋转调节。永磁式旋转值传感器，即装置10，用于探测旋转位置。该传感器通过轴8由操作件2驱动。霍尔传感器，即装置11，以非接触的方式探测调节时引起的磁场变化，并以电的方式将测量值传送到这里未展示的分析单元。轴8是透明的，除了具有机械扭矩传递功能之外，还可将光从旋转调节器侧的照明器具21引导和传递到操作件2，该操作件具有蘑菇形的光导体22用于对操作件2进行冠部照明。为了增加功能，操作件2被设计成可以在与旋转轴垂直的平面中的四个方向V上移动。在这四个方向V中，每一个都对应着一个机电探头18，这些探头从图1和2所示静止位置出发，通过改变其开关状态，将到达移动位置确认为终点位置，图上未显示的分析单元可将移动位置作为功能输入进行进一步的处理。旋转调节器通过多个滚动轴承9、19，在这里为球轴承，实现相对于外壳3的可移动性。本发明在这里设计了多个轴承，以便在外壳3面向操作件2的上侧面上，从上部对操作件2提供支撑。旋转调节器4通过滚动轴承19在外壳内侧获得支撑，其中滚动轴承19的滚动体通过固定在旋转调节器4上的星形金属板20弹性预紧到外壳3上，由此将旋转调节器4的支承装置无缝隙地放置在外壳3上。为了将垂直于旋转轴R的平面中的可移动性基本限制在四个方向V上，本发明还设计了一个滑槽，在这里该滑槽是由外壳上的空隙12和旋转调节器4上构造的并嵌入到空隙12中的接片13构成。在所示的静止位置中，对操作件2进行旋转调节时，需要在外壳3上提供旋转调节器4的无缝隙扭矩支撑，同时这又不能妨碍其可移动性。这通过扭矩臂实现。所述扭矩臂布置在外壳3和旋转调节器4之间，有一个弹簧钢制成的钢板环，即带动件5，其上面有多个通过变形(在这里是用热塑性塑料注塑包覆)构成的引导元件6、16。从和图4可明显看出，带动件5有两个相对于旋转轴R彼此相对的、楔形的第一引导元件6，它们嵌入到在外壳侧面向下逐渐变细、与引导元件6互补的凹槽7中。带动件5通过第一引导元件6和附属的第一凹槽7之间的啮合，可以在外壳3中沿着方向R1来回移动。带动件5上的第二引导元件16嵌入位于旋转调节器4外侧或者旋转调节器外壳外侧的对应的第二凹槽17中，因此旋转调节器4相对于带动件5可沿着方向R2来回移动。弹簧钢带动件5的作用是，确保引导元件6、16在弹性预应力作用下嵌入凹槽7、17中。
第一和第二凹槽7、17的取向使得方向R1和R2与所述滑槽构成的移动方向大致形成45°角，这导致，在沿着移动方向V移动的时候，带动件5既会相对于外壳3也会相对于旋转调节器4移动，因此，由于第一和第二凹槽引导元件接触啮合带来的几乎同时的运动，所以即使是有不同的材料配对并且由此产生了不同的滑动摩擦，在往一个移动方向进行操作的时候也不会有触觉感知上的差异。
优选地，操作元件1包括使旋转调节器从所述至少一个移动位置复位到静止位置的装置14、15。
优选地，用于复位的装置14、15包含一个或者多个永磁体对，尤其是两个同轴布置的环 形磁铁。

Claims (16)

1.一种带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，包括：
外壳(3)；
旋转调节器(4)，其包括围绕旋转轴(R)旋转的操作件(2)以及用于检测操作件(2)的旋转位置的装置(10，11)；
在外壳(3)上可移动地安装旋转调节器(4)的装置，其允许旋转调节器(4)在静止位置和至少一个移动位置之间在一个垂直于旋转轴(R)的移动方向(V)上进行相对于外壳(3)的滑动调节；
在旋转调节器(4)进行旋转操作的过程中作为支座的扭矩臂，其中所述扭矩臂包括至少一个凹槽(7，17)和一个嵌入到所述凹槽中并且在沿着移动方向(V)进行滑动操作时可纵向移动的引导元件(6，16)；
用于探测旋转调节器(4)的滑动位置的装置；
使旋转调节器从所述至少一个移动位置复位到静止位置的装置(14，15)。
2.根据权利要求1所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，引导元件(6，16)是楔形的并且凹槽(7，17)朝向其底部方向逐渐变细。
3.根据权利要求1所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，引导元件(6，16)嵌入凹槽(7，17)中，并且二者在外形上彼此啮合。
4.根据权利要求3所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，引导元件(6，16)和凹槽(7，17)之间的啮合是弹性预紧的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，旋转调节器(4)带有透明或者半透明材料制成的轴(8)，用于操作件(2)的尾部照明以及在操作件(2)和检测旋转位置的装置(10)之间传递扭矩。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，旋转调节器(4)安装在外壳(3)上，以在垂直于旋转轴(R)的平面内或者在位于该平面内的多个移动方向(V)上移动，所述扭矩臂在旋转调节器(4)和外壳(3)之间具有带动件(5)，带动件(5)相对于外壳(3)通过至少一个第一凹槽(7)和一个对应的与第一凹槽(7)啮合的第一引导元件(6)沿第一方向移动，旋转调节器(4)相对于带动件(5)通过至少一个第二凹槽(17)和对应的与第二凹槽(17)啮合的第二引导元件(16)沿第二方向移动。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，还包括一对相对于旋转轴径向相对的第一凹槽(7)和第二凹槽(17)凹槽，以及一对分别对应的第一引导元件(6)和第二引导元件(16)。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，还包括滑槽，用于将旋转调节器(4)的移动方向主要限制在外壳(3)上四个垂直于旋转轴(R)的移动方向上。
9.根据权利要求8所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，所述滑槽被设计为，使得沿着四个移动方向操作的时候，在至少一个第一凹槽(7)和对应的至少一个第一引导元件(6)之间出现相对移动，在至少一个第二凹槽(17)和对应的至少一个第二引导元件(16)之间出现相对移动。
10.根据权利要求6所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，带动件(5)由弹簧钢环构成。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，用于复位的装置(14，15)包含一个或者多个永磁体对。
12.根据权利要求11所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，所述一个或者多个永磁体对为两个同轴布置的环形磁铁。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，在一定位置上所述用于探测旋转调节器(4)的滑动位置的装置包括设在外壳(3)和旋转调节器(4)之间的机电探头(18)。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，所述在外壳(3)上可移动地安装旋转调节器(4)的装置包含多个滚动轴承(9，19)。
15.根据权利要求14所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，所述在外壳(3)上可移动地安装旋转调节器(4)的装置还包括固定在旋转调节器(4)上的金属板(20)，该金属板(20)构成了滚动轴承(19)的滚动体支承面并且将滚动体弹性预紧到外壳(3)上。
16.根据权利要求15所述的带有旋转调节功能和滑动功能的操作元件，其特征是，金属板(20)是星形的。
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