DE10041936C1

DE10041936C1 - Drehsteller

Info

Publication number: DE10041936C1
Application number: DE2000141936
Authority: DE
Inventors: Martin Wagner; Christoph Oster
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-01-03
Anticipated expiration: 2020-08-26

Abstract

Ein Drehsteller mit einer drehbar gelagerten Stellwelle 3 und einer damit verbundenen, manuell betätigbaren Handhabe 4 sowie mit einem optoelektronisch ausgelegten, an eine Auswerteeinheit angeschlossenen Winkelsensor zum Erfassen der Drehstellung der Stellwelle 3 ist dadurch bestimmt, daß DOLLAR A - die Stellwelle 3 in Richtung ihrer Drehachse 2 bewegbar gelagert ist, DOLLAR A - der Winkelsensor eine konzentrisch zur Stellwelle 3 angeordnete und mit dieser verbundene Codescheibe 5 sowie eine benachbart zu einer Flachseite der Codescheibe 5 und bezüglich einer Bewegung der Stellwelle 3 in Richtung ihrer Drehachse ortsfest angeordnete Reflexlichtschrankenanordnung 6 mit zumindest zwei Empfängern 10 umfaßt und DOLLAR A - der Winkelsensor ausgelegt ist, damit in jeder Winkelstellung der in ihrer Nullstellung befindlichen Stellwelle 3 zumindest ein Empfänger 10 der Reflexlichtschrankenanordnung 6 belichtet ist, damit eine Drehbewegung der Stellwelle 3 eine Belichtung unterschiedlicher Empfänger 10 und eine Betätigung der Stellwelle in Richtung ihrer Drehachse eine gleichmäßige Änderung der Belichtungsintensität der Empfänger 10 zur Folge hat.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehsteller mit einer drehbar sowie in Richtung ihrer Drehachse zum Ausüben einer Überhubfunktion bewegbar gelager ten Stellwelle und einer damit verbundenen, manuell betätigbaren Hand habe sowie mit einer optoelektronisch ausgelegten, an eine Auswerteein heit angeschlossenen Einrichtung zum Erfassen der Drehstellung und der axialen Stellung der Stellwelle.

Es sind Drehsteller bekannt, die als Bedienvorrichtung zum Eingeben von Daten eingesetzt werden. Dabei erfolgt durch den Drehsteller nicht die unmittelbare Regelung einer elektrischen Größe, wie beispielsweise bei einem Drehpotentiometer, sondern in Abhängigkeit von bestimmten Win kelstellungen des Drehstellers wird eine vorbestimmte Aktion durch einen Controller ausgelöst. Zum Erfassen der jeweiligen Winkelstellung des Drehstellers, der mitunter auch mehrfach um 360° gedreht werden kann, können optoelektronisch ausgebildete Gabellichtschranken als Winkel sensoren eingesetzt sein. Dabei sind die Gabellichtschranken ausgelegt, um sowohl den Drehbetrag als auch die Drehrichtung der Stellwelle zu detektieren. Zu diesem Zweck ist die Codierung eines durch die Ga bellichtschranke geführten Blendenringes und die Anordnung der am Auf bau der Gabellichtschranke beteiligten Sender und Empfänger entspre chend konzipiert. Eine Betätigung der Handhabe und somit der Stellwelle dieses vorbekannten Drehstellers in Richtung der Drehachse der Stell welle - etwa ein Drücken zum Betätigen eines Tasters - läßt sich nur mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand realisieren, da zu diesem Zweck die gesamte Winkelsensorik entsprechend der Bewegung der Stellwelle in Richtung ihrer Drehachse mitbewegt werden müßte. Es werden jedoch Drehsteller benötigt, die nicht nur eine Drehbewegung sondern auch eine Bewegung in Richtung der Drehachse der Stellwelle ausüben können, um beispielsweise einen Taster betätigen zu können. Durch eine solche Ta sterbetätigung kann beispielsweise eine Umschaltung von einer Menüe bene in eine andere erfolgen.

Aus der DE 197 12 049 A1 ist ein Drehsteller bekannt, mit dem sowohl eine Drehbewegung der Handhabe und entsprechend der Stellwelle als auch eine Bewegung der Stellwelle in Richtung ihrer Drehachse zur Betä tigung eines Tasters ausgeführt werden kann. Zur Winkeldetektion sind bei diesem Drehsteller Hall-Sensoren angesetzt, die mit einem Kreuzspu lenpaar als Rotor eines Elektromotors zusammenwirken. Damit die Stell welle auch in Richtung ihrer Drehachse bewegbar ist, ist diese parallel zur Drehachse des Rotors des Elektromotors angeordnet. Die Stellwelle ist bei dieser Ausgestaltung getrieblich an den Rotor gekoppelt. Die Stell welle ist somit aus ihrer möglichst platzsparenden Anordnung herausge bracht, um eine bewegliche Lagerung in Richtung ihrer Drehachse ermög lichen zu können. Zur Realisierung eines Drehstellers - wie in diesem Do kument beschrieben, bei dem zur Einsparung von Einbauraum sich das Kreuzspulenpaar konzentrisch zur Stellwelle angeordnet befindet, bedarf eine hohen Aufwandes, da in einer solchen Ausgestaltung ebenfalls sämt liche Komponenten für die magnetische Winkeldetektion in dieser Rich tung mitbewegt werden müßten.

Aus DE 36 05 088 A1 ist eine Bedieneinrichtung bekannt, die über einen Drehknopf zur Auswahl verschiedener Betriebszustände durch Auslösen einer Überhubfunktion und zur Steuerung dieser verschiedenen Betriebs zustände durch Drehen der Stellwelle bekannt geworden. Die Überhub funktion durch eine Betätigung der Stellwelle in axialer Richtung wird da durch ausgelöst, daß der Drehknopf aus einer Nullstellung in axialer Richtung in eine davon unterschiedliche Axialposition bewegt wird. Bei dieser Bewegung wird eine Gabellichtschranke durch einen ringförmigen Fortsatz des Drehknopfes unabhängig von der Winkellage des Drehknopfes unterbrochen. Eine Steuerung der Betriebszustände erfolgt durch Drehen des Drehknopfes. Zu diesem Zweck greift eine ringförmige Ver zahnung in den Strahlengang von zwei Lichtschranken ein, die beim Dre hen des Drehknopfes Impulszüge mit einem definierten Phasenversatz zur Bestimmung der Drehrichtung und des Drehwinkels abgeben. Bei der aus diesem Dokument bekannten Bedieneinrichtung können somit zwei Signale generiert werden, wobei ein erstes Signal bei Ausübung einer Drehbewegung der Stellwelle und ein zweites Signal bei Ausüben der Überhubfunktion. Zu diesem Zweck werden die oben beschriebenen Lichtschranken als optoelektronisch ausgelegte Einrichtung benötigt. Die optischen Achsen der beiden Gabellichschranken zum Bestimmen der Drehwinkelstellung der Stellwelle liegt in einer Ebene senkrecht zur Dreh achse der Stellwelle und sind radial ausgerichtet. Die optische Achse der weiteren Lichtschranke zum Detektieren des Ausübens der Überhubfunk tion ist ebenfalls in einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Stellwelle, jedoch nicht radial ausgerichtet angeordnet.

Auch wenn mit einer solchen vorbekannten Bedieneinrichtung grundsätz lich zwei Signale erzeugt werden können, benötigt die bei dieser Bedien einrichtung eingesetzte optoelektronische Einrichtung einen bestimmten Bauraum, der nicht in jedem Falle zur Verfügung steht, insbesondere dann nicht, wenn eine solche Bedieneinrichtung sehr klein vorgesehen sein soll.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten gattungsgemäßen Drehsteller dergestalt weiterzubilden, daß sich dieser grundsätzlich auch bei einem geringen, zur Verfügung stehenden Einbauraum realisieren läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die optoelek tronische Einrichtung einen Winkelsensor mit einer konzentrisch zur Stell welle angeordneten und mit dieser verbundenen Codescheibe und mit einer benachbart zu einer Flachseite der Codescheibe und bezüglich ei ner Bewegung der Stellwelle in axialer Richtung ortsfest angeordnete Re flexlichtschrankenanordnung mit zumindest zwei Empfängern umfaßt, so daß mit dem Winkelsensor durch Drehen der Stellwelle entsprechen des Bewegen der Codescheibe ein erstes Signal und durch eine Betätigung der Stellwelle in axialer Richtung zum Auslösen der Überhubfunktion ein zweites Signal erzeugbar sind, indem eine Drehbewegung der Stellwelle eine Belichtung unterschiedlicher Empfänger und ein Auslösen der Über hubfunktion eine gleichmäßige Änderung der Belichtungsintensität der Empfänger zur Folge hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Drehsteller ist die Stellwelle in Richtung ihrer Drehachse bewegbar gelagert, um eine solche Bewegung zulassen zu können. Über die Handhabe kann beispielsweise eine Tastenbewegung auf die Stellwelle ausgeübt werden. Als optoelektronische Einrichtung dient ein Winkelsensor mit einer optoelektronisch arbeitenden Reflexlicht schrankenanordnung, die benachbart und mit Abstand zur Flachseite ei ner mit der Stellwelle verbundenen Codescheibe angeordnet ist. Eine Winkeldetektion erfolgt in der Nullstellung der Stellwelle, beispielsweise in ihrer ausgerückten Stellung. In dieser Stellung ist der Winkelsensor so ausgelegt, daß in jeder Winkelstellung der Stellwelle zumindest einer der zumindest zwei der Reflexlichtschrankenanordnung zugeordneten Emp fänger belichtet ist. Dadurch ist gewährleistet, daß bei einer Drehbewe gung der Stellwelle unterschiedliche Empfänger gemeinsam oder auch wechselnd belichtet werden. Eine Änderung des Abstandes der von dem oder den Sendern der Reflexlichtschrankenanordnung bestrahlten Ober fläche der Codescheibe und des entsprechenden Abstandes zu den Empfängern führt dazu, daß die von der Codescheibe reflektierten Licht strahlen die Empfänger nur noch zum Teil oder nicht mehr belichten. So mit erfolgt durch eine Änderung der Meßanordnung zur Winkeldetektion durch eine Bewegung der Stellwelle in Richtung ihrer Drehachse, daß durch diese Bewegung der Stellwelle eine bei allen Empfängern gleich mäßige Änderung der Belichtungsintensität feststellbar ist. Bei einem ent sprechend großen ausgeübten Hub sind sämtliche Empfänger unbelichtet. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Abstand zwischen der Codescheibe und den Sendern bzw. Empfängern durch eine Bewegung der Stellwelle in Richtung ihrer Drehachse zur Reflexlichtschrankenanordnung hin oder von dieser weg gerichtet ist.

Da bei dem beanspruchten Drehsteller grundsätzlich der Einsatz einer einzigen Reflexlichtschrankenanordnung ausreicht, um zwei voneinander unabhängige und unterschiedliche Signale zu generieren, ist nicht nur der Einsatz der benötigten Hardware verringert, sondern insbesondere kann dieser Drehsteller auch bei nur einem beschränkt zur Verfügung stehen den Einbauraum realisiert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung eines solchen Drehstellers ist die Re flexlichtschrankenanordnung durch zwei einzelne, um 90° versetzt zuein ander angeordnete Reflexlichtschranken gebildet. In einer solchen Anord nung kann die Stellwelle zudem verschwenkt werden, wobei gleicherma ßen eine Winkeldetektion möglich ist. Zweckmäßigerweise ist die radiale Erstreckung der Codescheibe so bemessen, daß in jeder möglichen Stel lung der verschwenkten Stellwelle beide Reflexlichtschranken durch die Codescheibe bedeckt sind. Um bei dem Drehsteller eine Drehrichtungser kennung zusätzlich zu ermöglichen, ist in einer Weiterbildung vorgesehen, daß die Reflexlichtschranken als Differentialreflexlichtschranken ausgebil det sind, die jeweils zwei, um einen geringen Winkelbetrag zueinander versetzt angeordnete Empfänger aufweisen.

Besonders geeignet ist der beanspruchte Drehsteller, um Teil eines Joy sticks zu sein.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.

Fig. 1: Eine schematisierte Darstellung eines Drehstellers mit einem optoelektronischen Winkelsensor,

Fig. 2: Eine schematisierte Darstellung des Winkelsensors des Dreh stellers der Fig. 1,

Fig. 3: Die Winkelsensorik des ansonsten nicht näher dargestellten Drehstellers der Fig. 1 in ihrer Nullstellung und

Fig. 4: Die Anordnung der Fig. 3 nach einer Betätigung des Dreh stellers in Richtung der Drehachse seiner Stellwelle.

Ein Drehsteller 1 umfaßt eine sowohl drehbar als auch in Richtung ihrer Drehachse 2 bewegbare Stellwelle 3, an der an einem Ende als Handha be ein Drehknopf 4 angebracht ist. Die Bewegbarkeit der Stellwelle 3 bzw. des Drehknopfes 4 zu einer Betätigung des Drehstellers 1 ist schemati siert durch die in Fig. 1 dargestellten Doppelpfeile gekennzeichnet. Mit der Stellwelle 3 verbunden ist eine Codescheibe 5, die das bewegliche Teil (Rotor) einer Reflexlichtschrankenanordnung 6 ist. Die Reflexlichtschrankenanordnung 6 dient zum einen zur Detektion der Drehwinkel stellung der Stellwelle 3 sowie zur Detektion der Drehrichtung der sich drehenden Sellwelle 3. Der Reflexlichtschrankenanordnung 6 sind zwei Differentialreflexlichtschranken 7, 8 zugeordnet, die um 90° versetzt zu einander angeordnet sind. In Fig. 1 ist lediglich die Differentialreflexlicht schranke 7 gezeigt; die Anordnung der beiden Differentialreflexlicht schranken 7, 8 ist schematisiert der Fig. 2 zu entnehmen.

Die Differentialreflexlichtschranken 7, 8 befinden sich in einem vorbe stimmten lotrechten Abstand zur Unterseite der Codescheibe 5. Jede Dif ferentialreflexlichtschranke 7, 8 umfaßt einen Sender 9 und zwei um ledig lich einen geringen Winkelbetrag zueinander versetzt angeordnete Emp fänger 10, die zur Vereinfachung der Darstellung nicht differenziert ge zeichnet sind.

Der Strahlengang der Differentialreflexlichtschranke 7 zur Codescheibe 5 ist vergrößert in Fig. 3 wiedergegeben. In der in Fig. 3 und ebenso in der Fig. 1 gezeigten Stellung des Drehstellers 1 befindet sich die Stell welle 3 in ihrer Nulllage. In dieser Nulllage ist der Abstand zwischen der Unterseite der Codescheibe 5 und der Oberseite der Differentialre flexlichtschranke 7 mit dem Sender 9 und den Empfängern 10 in einem solchen Abstand angeordnet, daß von dem Sender 9 emittierte Licht strahlen an der Oberfläche der Codescheibe 5 zu den Empfängern 10 hin reflektiert werden. Folglich werden die Empfänger 10 in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Stellwelle 3 unterschiedlich belichtet.

Bei einer Betätigung der Stellwelle 3 in Richtung ihrer Drehachse 2, wie durch den Pfeil der Fig. 4 symbolisiert, verringert sich der lotrechte Ab stand zwischen der den Sender 9 und die Empfänger 10 tragenden Ober seite der Differentialreflexlichtschranke 7 und der Oberfläche der Code scheibe 5. Infolge der Verkürzung des Abstandes wird zwar die Oberseite der Codescheibe 5 durch die von dem Sender 9 emittierten Lichtstrahlen bestrahlt, die reflektierten Lichtstrahlen treffen jedoch nicht auf die licht empfindliche Oberseite der Empfänger 10. Folglich sind die Empfänger 10 in der in Fig. 4 gezeigten Stellung der Stellwelle 3 nicht belichtet. Eine Bewegung der Stellwelle 3 ausgehend von ihrer in Fig. 3 gezeigten Stellung in ihre in Fig. 4 gezeigte Stellung resultiert somit in einer gleichmäßigen Beleuchtungsintensitätsänderung der belichteten Empfänger 10. Eine Drehbewegung der Stellwelle 3 resultiert hingegen in einer Belichtung unterschiedlicher Empfänger, so daß auf diese Weise unter schieden werden kann, ob die Stellwelle 3 bewegt oder in Richtung ihrer Drehachse 2 betätigt wird. Daher dient die Reflexlichtschrankenanord nung 6 ebenfalls zur Detektion einer Bewegung der Stellwelle 3 in Rich tung ihrer Drehachse.

Die beiden Differentialreflexlichtschranken 7, 8 sind an eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen, durch die eine Auswertung der empfangenen Daten erfolgt.

Mit dem erfindungsgemäßen Drehsteller ist somit eine Tasterbetätigung simulierbar, ohne daß zu diesem Zweck zusätzliche Elemente und insbe sondere auch kein eigener Drucktaster eingesetzt werden muß. Vielmehr dienen bei diesem Drehsteller die ohnehin für eine Drehwinkeldetektion eingesetzten Elemente ebenfalls einer Detektion einer Bewegung der Stellwelle in Richtung ihrer Drehachse.

Bezugszeichenliste

1

Drehsteller

2

Drehachse

3

Stellwelle

4

Drehknopf

5

Codescheibe

6

Reflexlichtschrankenanordnung

7

Differentialreflexlichtschranke

8

Differentialreflexlichtschranke

9

Sender

10

Empfänger

Claims

1. Drehsteller mit einer drehbar sowie in Richtung ihrer Drehachse (2) zum Ausüben einer Überhubfunktion bewegbar gelagerten Stell welle (3) und einer damit verbundenen, manuell betätigbaren Handhabe (4) sowie mit einer optoelektronisch ausgelegten, an ei ne Auswerteeinheit angeschlossenen Einrichtung zum Erfassen der Drehstellung und der axialen Stellung der Stellwelle (3), dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Einrichtung einen Winkelsensor mit einer konzentrisch zur Stellwelle (3) angeordne ten und mit dieser verbundenen Codescheibe (5) und mit einer be nachbart zu einer Flachseite der Codescheibe (5) und bezüglich ei ner Bewegung der Stellwelle (3) in axialer Richtung ortsfest ange ordnete Reflexlichtschrankenanordnung (6) mit zumindest zwei Empfängern (10) umfaßt, so daß mit dem Winkelsensor durch Dre hen der Stellwelle (3) und entsprechendes Bewegen der Code scheibe (5) ein erstes Signal und eine Betätigung der Stellwelle (3) in axialer Richtung zum Auslösen der Überhubfunktion ein zweites Signal erzeugbar sind, indem eine Drehbewegung der Stellwelle (3) eine Belichtung unterschiedlicher Empfänger (10) und ein Auslösen der Überhubfunktion eine gleichmäßige Änderung der Belich tungsintensität der Empfänger (10) zur Folge hat.

2. Drehsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexlichtschrankenanordnung (6) zwei einzelne um 90° versetzt zueinander angeordnete Reflexlichtschranken (7, 8) aufweist.

3. Drehsteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexlichtschranken als Differentialreflexlichtschranken (7, 8) mit jeweils zwei um einen geringen Winkelbetrag zueinander versetzt angeordneten Empfängern (10) ausgebildet sind.

4. Drehsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Drehsteller Teil eines Joysticks ist.