DE10063760A1 - Betätigungselement für ein Bedienelement und Bedienelement - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen werden ein Betätigungselement (2) für ein Bedienelement (1) zur Bedienung eines insbesondere in einem Fortbewegungsmittel betriebenen, elektrischen Geräts, das um zwei Raumachsen schwenkbar oder in zwei Raumachsen verschiebbar gelagert ist, mit einer Oberfläche (21) zum Einprägen einer Betätigungskraft, vorzugsweise einer Hand oder eines Fingers eines Bedieners, zur Verschwenkung oder Verschiebung des Betätigungselements (2), welches sich dadurch auszeichnet, daß die Oberfläche (21) eine muldenförmige Vertiefung (22) zum Eingreifen eines Fingers einer Hand des Bedieners aufweist sowie ein Bedienelement (1) zur Bedienung eines insbesondere in einem Fortbewegungsmittel betriebenen, elektrischen Geräts mit einem erfindungsgemäßen Betätigungselement (2). DOLLAR A Das erfindungsgemäße Betätigungselement und das erfindungsgemäße Bedienelement eignen sich in besonderer Weise zum Einsatz in einem Fahrerinformationssystem, das während seines Betriebs Erschütterungen ausgesetzt ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Betätigungselement für ein Bedienelement zur Bedienung eines, insbesondere in einem Fortbewegungsmittel betriebenen, elektrischen Geräts nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs sowie einem Bedienelement zur Bedienung eines, insbesondere in einem Fortbewegungsmittel betriebenen, elektrischen Geräts aus.

Insbesondere aus dem Bereich der Computertechnik sind in der Vergangenheit eine Vielzahl von Bedienelementen, die an jeweilige Anwendungszwecke angepaßt wurden, bekannt geworden. Ein solches Bedienelement ist unter der Bezeichnung "Joystick" gemeinhin bekannt. Ein solcher Joystick weist ein Betätigungselement in Form eines vorstehenden Steuerknüppels auf. An seiner Unterseite endet der Steuerknüppel des Joysticks regelmäßig in einem kugelförmigen Fuß, der in einer Kugelpfanne oder einer äquivalenten Lagerung um zwei zueinander senkrecht Raumachsen schwenkbar gelagert ist. Oftmals ist an dem Kugelfuß des Steuerknüppels ein stiftförmiger Fortsatz angebracht, der in zwei senkrecht zueinander stehenden schlitzförmigen Kulissen geführt ist. Bei Auslenkung des Steuerknüppels und entsprechender Verschwenkung des Kugelfußes bewirkt der stiftförmige Fortsatz des Kugelfußes eine Auslenkung mindestens einer der beiden schlitzförmigen Kulissen und damit die Verstellung eines Widerstandswerts eines am Ende einer jeden Kulisse angeordneten Potentiometers. Der Widerstandswert des oder der Potentiometer wird durch das zu steuernde Gerät, beispielsweise den Computer, als Maß für die Verschwenkung des Steuerknüppels ausgewertet. Ein vorbeschriebener Joystick wird vorzugsweise zur Positionierung einer auf einem Computerbildschirm dargestellten Markierung, die gewöhnlich als "Cursor" bezeichnet wird, verwendet.

Es sind weiter aus dem Bereich der Computertechnik mittels einer Hand des Bedieners betätigbare kugelförmige Bedienelemente unter der Bezeichnung "Trackball" bekannt. Diese weisen eine in beliebige Richtungen drehbar gelagerte Rollkugel auf, deren Drehung beispielsweise mittels mit der Oberfläche der Rollkugel reibschlüssig verbundener, senkrecht zueinander angeordneter Walzen, die mit Inkrementengebern in Verbindung stehen, erfaßt wird. Die von den Inkrementengebern erzeugten Signale, die eine Verdrehung der Rollkugel in zwei zueinander orthogonal angeordnete Achsen zerlegt repräsentieren, dienen gewöhnlich ebenfalls der Positionierung eines Cursors auf einem Computerbildschirm.

In jüngster Zeit ist die Tendenz zu beobachten, aus der Computertechnik bekannte Eingabemittel verstärkt auch zur Bedienung von in Fortbewegungsmitteln betriebenen Geräten, insbesondere elektrischen Geräten, zu nutzen. Dabei ergeben sich regelmäßig Schwierigkeiten, da die Bedingungen, unter denen ein Bedienelement bzw. Eingabemittel in einem Fortbewegungsmittel zu bedienen ist, von denen an einem Computerarbeitsplatz verschieden sind. So ergibt sich insbesondere bei Einsatz eines Bedienelements in einem Kraftfahrzeug die Schwierigkeit, daß ein zu bedienendes elektrisches Gerät Schwingungen und Vibrationen, die beispielsweise durch Motorvibrationen ausgelöst werden, unterworfen ist. Weiterhin ist eine Auflagefläche für eine das Gerät bedienende Hand des Bedieners aufgrund beengter Platzverhältnisse irr einer Frontplatte eines zu bedienenden Geräts, in der das Bedienelement gewöhnlich angeordnet ist, regelmäßig nicht vorhanden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Betätigungselement für ein Bedienelement zur Bedienung eines elektrischen Geräts mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs sowie ein erfindungsgemäßes Bedienelement mit dem erfindungsgemäßen Betätigungselement vereinen in vorteilhafter Weise die Vorteile eines an sich bekannten Joysticks und eines ebenfalls an sich bekannten Trackballs zur Schaffung eines neuen Bedienelements.

Das erfindungsgemäße Betätigungselement und ein erfindungsgemäßes Bedienelement mit einem erfindungsgemäßen Betätigungselement eignen sich in besonderer Weise zum Einsatz in einem Fahrerinformationssystem, das während seines Betriebs, beispielsweise aufgrund Motorvibrationen in einem Kraftfahrzeug, Erschütterungen ausgesetzt ist. Hier ermöglicht die Erfindung eine besonders sichere und zuverlässige Bedienung eines Geräts, in dem das Bedienelement verwendet wird. So ist das erfindungsgemäße Bedienelement aufgrund seiner erfindungsgemäßen Ausgestaltung mittels eines einzigen Fingers, beispielsweise des Zeigefingers, bedienbar, während alle übrigen vier Finger, nämlich Daumen, Mittel-, Ring- und kleiner Finger zur Abstützung der bedienenden Hand an der Frontkappe des zu bedienenden Geräts verwendet werden können. Damit kann eine Relativbewegung zwischen der bedienenden Hand des Bedieners und dem Bedienelement infolge von Vibrationen des Armaturenbretts des Fahrzeugs, in das ein Fahrerinformationssystem üblicherweise eingebaut ist, und daraus resultierende Fehlbedienungen wirkungsvoll ausgeschlossen werden.

Weiterhin sind ein erfindungsgemäßes Betätigungselement und Bedienelement auch ohne Sichtkontakt leicht bedienbar und durch Ertasten auffindbar, was bei Verwendung in einem in einem Kraftfahrzeug betriebenen elektrischen Gerät ersichtlich erhebliche Vorteile in Sachen Verkehrssicherheit mit sich bringt.

Gegenüber dem Trackball weist das erfindungsgemäße Bedienelement insbesondere den Vorteil einer fixen und fest definierten Ruhelage auf. Weiterhin ist die aktuelle Stellung des Betätigungselements des Bedienelements jederzeit taktil erfaßbar, also mittels eines Körperteils des Bedieners, insbesondere dessen bedienenden Fingers, erfühlbar.

Gegenüber einem an sich bekannten Joystick weist das erfindungsgemäße Bedienelement den besonderen Vorteil auf, daß dieses näherungsweise bündig mit einer Frontplatte eines Geräts, in dem das Bedienelement angeordnet ist, abschließt. Im Gegensatz zum Joystick existieren somit keine aus der Frontplatte weit hervorstehenden Teile, die im Hinblick auf eine mögliche Verletzungsgefahr als kritisch angesehen werden. Darüber hinaus kann eine Ausgestaltung der Lagerung des erfindungsgemäßen Betätigungselements aufgrund der bei gleicher Handkraft geringeren auftretenden Hebelkräfte gegenüber der des Joysticks deutlich filigraner und damit weniger aufwendig ausgeführt sein. Eine an sich naheliegende Abwandlung eines Joysticks zur Lösung der vorstehenden Probleme dadurch, daß der Betätigungshebel sehr klein ausgeführt wird, wird aufgrund einer ungenügenden haptischen Rückmeldung und einer ungenügenden Dosierbarkeit des Joysticks demgegenüber als nicht zielführend angesehen. Außerdem würde damit der beschriebene Vorteil einer optimalen Abschätzung der Hand des Bedieners zunichte gemacht, da zur Bedienung eines Joysticks regelmäßig zumindest Daumen und Zeigefinger benötigt werden.

Ein erfindungsgemäßes Betätigungselement für ein Bedienelement zur Bedienung eines elektrischen Geräts, wobei das Betätigungselement um zwei Raumachsen schwenkbar oder in zwei Raumachsen verschiebbar gelagert ist, und wobei das Betätigungselement eine Oberfläche zum Einprägen einer Betätigungskraft, vorzugsweise mittels einer Hand oder eines Fingers eines Bedieners, zur Verschwenkung oder Verschiebung des Betätigungselements aufweist, ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß die Oberfläche des Betätigungselements eine muldenförmige Vertiefung zum Eingreifen eines Fingers einer Hand des Bedieners aufweist.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betätigungselements richtet sich auf eine Ausbildung der Oberfläche des Betätigungselements in Form eines Ausschnitts aus einer Kugeloberfläche. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Betätigungselement um den Mittelpunkt der Kugel, deren Oberflächenausschnitt die Oberfläche des Betätigungselements bildet, schwenkbar gelagert ist. Vorteilhafterweise ist die Oberfläche des Betätigungselements durch die Oberfläche einer kugelhüllenausschnittsförmigen Kappe gebildet.

Die vorgenannte vorteilhafte Ausführungsform und deren Weiterbildungen ermöglichen in vorteilhafter Weise das Anbringen einer Dichtung in einem Bedienelementgehäuse, so daß die Oberfläche des Betätigungselements gegen das Bedienelementgehäuse abgedichtet ist. Durch einen Durchbruch des Bedienelementgehäuses ist das Betätigungselement zwecks seiner Betätigung durch den Bediener zugänglich. Ein entsprechend ausgeführtes Bedienelement weist den besonderen Vorteil einer hohen Schmutz- bzw. Staubunempfindlichkeit auf. Weiterhin kann im Falle einer Hinterleuchtung der Frontplatte eines elektrischen Geräts, in dem das Bedienelement angeordnet ist, oder auch bei Hinterleuchtung des Betätigungselements selbst ein nicht beabsichtigter Lichtaustritt zwischen Bedienelementgehäuse und Bedienelementoberfläche verhindert werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung richten sich auf ein Bedienelement zur Bedienung eines, insbesondere in einem Fortbewegungsmittel betriebenen, elektrischen Geräts, das ein erfindungsgemäßes Betätigungselement aufweist. Eine erste Gruppe von vorteilhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Bedienelements richtet sich auf die Erfassung einer Verschwenkung oder Verschiebung des Betätigungselements als Teil des erfindungsgemäßen Bedienelements.

So ist es von besonderem Vorteil, daß im Verschwenk- oder Verschiebebereich des Betätigungselements Aufnehmer zur Erfassung der Stellung des Betätigungselements vorgesehen sind, die mit der Oberfläche oder der Kappe des Betätigungselements zur Erfassung dessen Verschwenk- oder Verschiebestellung zusammenwirken.

Hierdurch kann eine aufwendige Mechanik zur Erfassung einer Stellung des Betätigungselements entfallen. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Weiterbildung in vorteilhafter Weise eine berührungslose Erfassung der Stellung des Betätigungselements, woraus sich die weiteren Vorteile einer Verschleißfreiheit und Verschmutzungsunempfindlichkeit ergeben.

Eine erste vorteilhafte Ausführungsform richtet sich demgemäß darauf, daß eine Lichtschranke im Verschwenk- oder Verschiebebereich des Betätigungselements derart angeordnet ist, daß das Betätigungselement bei seiner Verschwenkung oder Verschiebung den Strahlengang der Lichtschranke beeinflußt.

Hierbei ist es weiterhin von Vorteil, daß die Lichtschranke als analoge Lichtschranke ausgebildet ist, wobei ein erster Lichtleiter zur Aufnahme von Licht entlang des Verschwenk- oder Verschiebebereichs des Betätigungselements angeordnet ist und die Menge in den ersten Lichtleiter eingekoppelten Lichts durch die Stellung des Betätigungselements vorgegeben wird.

Eine solche analoge Lichtschranke bietet den besonderen Vorteil, ähnlich wie ein analoges Potentiometer eines an sich bekannten Joysticks eine Erfassung der Stellung des Betätigungselements mit beliebig hoher Genauigkeit zu ermöglichen. Die Genauigkeit der Stellungserfassung ist damit im wesentlichen nur von nachfolgenden Weiterverarbeitungsstufen, insbesondere der Auflösung eines Analog/Digital-Wandlers zur Umsetzung des Stellungssignals in ein digitales Signal, abhängig. Vorteilhafterweise wirkt die Kappe bzw. Oberfläche des erfindungsgemäßen Betätigungselements bei der beschriebenen Ausführungsform in der Art eines Vorhangs, der abhängig von der Stellung des Betätigungselements Teile des Lichtleiters verdeckt und somit das Maß der Lichteinkopplung in den ersten Lichtleiter in Abhängigkeit der Stellung des Betätigungselements beeinflußt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform richtet sich darauf, daß das Betätigungselement in Abhängigkeit seiner Stellung den Strahlengang zwischen einem zweiten, lichtabstrahlenden Lichtleiter und dem ersten Lichtleiter unterbricht. Damit ist das Auflösungsvermögen der beschriebenen analogen Lichtschranke weiter verbesserbar. Erfindungsgemäß kann dabei die Kappe des Betätigungselements in beschriebener Weise als eine Art Vorhang zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtleiter fungieren. Alternativ können jedoch auch erster und zweiter Lichtleiter innerhalb oder außerhalb der Kappe angeordnet sein, und die den Lichtleitern zugewandte Seite der Betätigungselementkappe verspiegelt sein, so daß vom zweiten Lichtleiter ausgekoppeltes Licht in Abhängigkeit des abhängig von der Betätigungselementstellung verschobenen Spiegels mehr oder weniger Licht in den ersten Lichtleiter eingespiegelt wird.

Eine alternative Ausführungsform der auf die Erfassung der Stellung des Betätigungselements gerichteten Gruppe von Ausführungsformen der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement mit den Aufnehmern kapazitiv zusammenwirkt. So kann das Betätigungselement bzw. die Kappe des Betätigungselements in Abhängigkeit seiner bzw. ihrer Stellung einen größeren oder kleineren Teil des Dielektrikums eines Kondensators bilden. Demzufolge ergibt sich bei Verschwenkung des Betätigungselements eine Verschiebung des Dielektrikums des Kondensators und demzufolge eine Kapazitätsänderung, die für das Maß der Verstellung des Betätigungselements maßgebend ist.

Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, daß eine weitere Modifikation des Betätigungselements nicht erforderlich ist. Vielmehr weist eine regelmäßig aus Kunststoff hergestellte Kappe des Betätigungselements eine von der von Luft wesentlich verschiedene Dielektrizitätskonstante auf, so daß ein Kondensator, dessen Dielektrikum teilweise durch die Kunststoffkappe des Betätigungselements gebildet wird, bei Verschwenken des Betätigungselements und damit dessen Kappe innerhalb des Kondensators dieser eine nennenswerte und somit durch eine Auswertung detektierbare Kapazitätsänderung erfährt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements zeichnet sich dadurch aus, daß eine Teiloberfläche der Oberfläche des Betätigungselements, die in jeder Verschwenkstellung des Betätigungselements die muldenförmige Vertiefung umfaßt, durch einen, vorzugsweise kreisförmigen, Durchbruch durch eine Wandung des Bedienelements bzw. dessen Gehäuse zugänglich ist. Vorteilhafterweise ist weiterhin ein Rand des Wandungsdurchbruchs gegen die Oberfläche des Betätigungselements abgedichtet.

Hierdurch ergibt sich, wie bereits erwähnt, der Vorteil einer besonderen Schmutz- bzw. Staubunempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Bedienelements, weiterhin wird ein unbeabsichtigter Lichtaustritt zwischen Betätigungselement und Wandung des Bedienelements im Bereich des Durchbruchs, der sich andernfalls beispielsweise infolge einer Hinterleuchtung des Bedienelements ergeben könnte, wirkungsvoll vermieden. Diese Vorteile ergeben sich vorteilhafterweise für alle möglichen Verschwenk- oder Verschiebestellungen des Bedienelements.

Es ist weiterhin von Vorteil, daß die beschriebene Abdichtung in Form eines den Rand des Durchbruchs begrenzenden Wulstes, dessen Unterseite an die Betätigungselementoberfläche angepaßt ist, ausgebildet ist. Die Möglichkeit der Verwendung eines festen, exakt an die Oberfläche des Betätigungselements angepaßten Wulstes ergibt sich dadurch, daß die Oberfläche des Betätigungselements in Form eines Ausschnitts aus einer Kugeloberfläche ausgebildet ist, und daß das Betätigungselement um den Mittelpunkt der Kugel, deren Oberflächenausschnitt die Oberfläche des Betätigungselements bildet, schwenkbar gelagert ist. Demzufolge weist die Oberfläche des Betätigungselements in jeder Verschwenkstellung desselben einen konstanten Abstand zum Rand des Wandungsdurchbruchs des Bedienelementgehäuses auf.

Die Ausbildung des Wandungsdurchbruchrandes in Form eines Wulstes ermöglicht die Verwendung der so gebildeten Dichtung zur Realisierung eines Nachtdesigns für das Bedienelement dergestalt, daß der Wulst in Form eines Lichtleiters ausgebildet ist, der bei ungünstigen Beleuchtungsverhältnissen im Fortbewegungsmittel beleuchtet werden kann, so daß der für den Bediener zugängliche Teil der Oberfläche des Betätigungselements durch einen beleuchteten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kreisförmigen Rand umgeben ist.

Eine andere Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Bedienelements richtet sich darauf, daß Federelemente vorgesehen sind, die einer Verschwenkung oder Verschiebung des Betätigungselements aus seiner Ruhestellung entgegenwirken. Mit dieser Fortbildung der Erfindung ergeben sich analoge Vorteile wie bei einem an sich bekannten Joystick, der ebenfalls regelmäßig über eine automatische Rückstellung des Betätigungselements in die Ruhestellung verfügt. Ein Vorteil einer Zentrierung des Betätigungselements mittels der Federmittel in der Ruhelage besteht in einer haptischen Rückmeldung an den Bediener über eine Auslenkung bzw. Verschwenkung des Betätigungselements. So stellt sich bei Auslenkung bzw. Verschwenkung des Betätigungselements eine der Verschwenkung entgegenwirkende, dem Maß der Verschwenkung näherungsweise proportionale Rückstellkraft ein, die dem Benutzer einen fühlbaren Eindruck über das Maß der Auslenkung bzw. Verschwenkung des Betätigungselements vermittelt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Betätigungselement zusätzlich axial verschiebbar gelagert ist, und daß in axialer Richtung hinter dem Betätigungselement ein Schalter angeordnet ist, der durch axiale Verschiebung des Betätigungselements betätigbar ist. Dies ermöglicht die Zuordnung einer zusätzlichen Schaltfunktion zu dem erfindungsgemäßen Bedienelement.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Bedienelement mit dem ebenfalls erfindungsgemäßen Betätigungselement,

Fig. 2A eine erste Ausführungsform einer Lichtschranke als Aufnehmer zur Erfassung einer Verschwenkstellung des Betätigungselements,

Fig. 2B ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lichtschranke zur Erfassung einer Verschwenkstellung des erfindungsgemäßen Betätigungselements,

Fig. 2B' ein Detail der Lichtschranke gemäß Fig. 2B,

Fig. 3A, 3B und 3C das erfindungsgemäße Bedienelement mit verschiedenen Verschwenkstellungen des erfindungsgemäßen Betätigungselements und

Fig. 4 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Bedienelements mit einem erfindungsgemäßen Betätigungselement.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bedienelement 1 mit einem ebenso erfindungsgemäßen Betätigungselement 2.

Das erfindungsgemäße Bedienelement 1 ist vorteilhaft zur Bedienung eines in einem Fortbewegungsmittel, insbesondere einem Kraftfahrzeug, betriebenen elektrischen Geräts, wie beispielsweise eines Fahrerinformationssystems, das beispielsweise die Funktionalitäten eines Navigationsgeräts und/oder einer Audioanlage, insbesondere Autoradio, desweiteren diejenige eines Mobilfunktelefons umfassen kann, einsetzbar.

Das Betätigungselement 2 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Kunststoffkappe 28 in Form eines kreisrunden Ausschnitts aus einer Kugelhülle ausgebildet. Die somit um eine Achse 29 rotationssymmetrische Kappe 28 weist in ihrer Oberfläche 21 eine muldenförmige Vertiefung 22 auf, die ebenfalls rotationssymmetrisch um die Achse 29 angeordnet ist. Die muldenförmige Vertiefung 22 in der Oberfläche 21 der Kappe 28 dient der Aufnahme eines Fingers oder einer Fingerkuppe der Hand eines Bedieners zur Betätigung des Betätigungselements 2. Die muldenförmige Vertiefung ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie eine Einleitung einer zur Oberfläche der Kappe tangentialen Kraft mittels des Fingers oder der Fingerkuppe leicht ermöglicht.

Die Kappe 28 ist auf einem Ständer 23 befestigt, der an seinem unteren Ende in einem Kugelfuß 24 mündet. Das Betätigungselement 2 ist um den Kugelfuß um zwei Raumachsen, von denen eine erste senkrecht zur Blattebene steht und durch den Mittelpunkt 26 des Kugelfußes verläuft, und von denen eine zweite parallel zur Blattebene senkrecht zur Symmetrieachse 29 der Kappe durch den Mittelpunkt 26 des Kugelfußes 24 verläuft, unabhängig voneinander schwenkbar gelagert. Das Betätigungselement 2 ist also senkrecht zur Blattebene und in der Blattebene in der Figur von links nach rechts und umgekehrt sowie in sämtlichen Richtungen, die zwischen den genannten Richtungen liegen, um den Kugelfuß 24 bzw. dessen Mittelpunkt 26 verschwenkbar.

Einer Auslenkung des Betätigungselements 2 wirkt eine Feder 5, die in der Figur als Spiralfeder dargestellt ist, entgegen, so daß nach Verschwenkung des Betätigungselements in einer der beschriebenen Richtungen die dann gedehnte oder gestauchte Feder 5 eine der Betätigung des Betätigungselements entgegenwirkende Kraft aufbringt und dieses in seine in Fig. 1 dargestellte Ruhelage zurückzuschwenken sucht.

Die möglichen Verschwenkstellungen des Betätigungselements 2 entlang der Blattebene sind in den Fig. 3a, 3b und 3c dargestellt. Fig. 3a zeigt das Betätigungselement 2 nach Verschwenken desselben nach rechts, Fig. 3b das Betätigungselement in seiner Ruhestellung und Fig. 3c das Betätigungselement 2 nach seiner Verschwenkung nach links.

Das erfindungsgemäße Betätigungselement 2 ist als Teil eines erfindungsgemäßen Bedienelements zur Bedienung eines, insbesondere in einem Fortbewegungsmittel betriebenen, elektrischen Geräts vorgesehen. Das Bedienelement 1 umfaßt ein Gehäuse 3, dessen Frontwand 31, in der Figur oben dargestellt, beispielsweise die Frontwand eines Fahrerinformationssystems für ein Kraftfahrzeug sein kann. An der Frontwand 31 des Bedienelements 1 sind Seitenwände 32 befestigt, die in der Figur nach unten hin durch einen Boden 33 abgeschlossen werden. Ein Teil des Bodens 33 des Bedienelements 1 ist in Form einer Kugelpfanne 34 ausgebildet, die zur Aufnahme des Kugelfußes 24 des Betätigungselements vorgesehen ist. Kugelfuß 24 des Betätigungselements und Kugelpfanne 34 bilden somit gemeinsam ein Kugelgelenk, um dessen Mittelpunkt 26 das Betätigungselement verschwenkbar gelagert ist. Anstelle der beschriebenen Lagerung kann die Lagerung des Betätigungselements mit äquivalenten Mitteln, die eine gleiche Halterung und insbesondere Verschwenkbarkeit ermöglichen, realisiert sein.

Die Frontwand 31 des Bedienelementgehäuses 3 weist einen in der Draufsicht gemäß Fig. 4 vorzugsweise kreisrunden Durchbruch 36 auf, durch den die Kappe 28 des Betätigungselements 2 teilweise hervorlugt. Der Gehäusedurchbruch 36 ist in seinem Durchmesser bzw. seinen Ausmaßen derart bemessen, daß das Betätigungselement in jeder seiner Verschwenkstellungen soweit durch den Durchbruch 36 zugänglich ist, daß ein Zugriff auf die muldenförmige Vertiefung 22 in der Oberfläche 21 des Betätigungselements 2 ermöglicht ist. Hierzu sind Verschwenkbarkeit des Betätigungselements und Gehäusedurchbruch, beispielsweise durch Beschränkung der Verschwenkbarkeit des Betätigungselements mittels geeigneter mechanischer Anschläge, etwa der später näher beschriebenen Gehäusestege 410, aneinander anzupassen.

Der Rand des Gehäusedurchbruchs 36 ist in Richtung Betätigungselement durch einen Wulst 35 abgeschlossen, dessen Unterseite an die Oberfläche 21 des Betätigungselements 2 angepaßt ist. Der Wulst 35 dient der Abdichtung der Oberfläche des Betätigungselements 2 gegen das Gehäuse 3 des Bedienelements, so daß eine Verschmutzung des Innenraums des Bedienelements durch eindringenden Schmutz oder Staub weitestgehend ausgeschlossen ist.

Zur Gewährleistung des Dichteffekts ist die Lagerung des Betätigungselements 2 derart bemessen, daß das Betätigungselement um den Mittelpunkt der Kugel schwenkbar ist, aus deren Hüllenausschnitt die kugelige Kappe des Betätigungselements besteht. Der Abstand von Kappenoberfläche 21 zu Kugelfußmittelpunkt 26 ist durch geeignete Bemessung der Ständerlänge 23 einstellbar.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Wulst 35 in Form eines Lichtleiters oder eines transluzenten Materials ausgeführt und zur Realisierung eines Nachtdesigns zumindest bei schlechten Lichtverhältnissen, beispielsweise durch Kopplung an einen Lichtschalter für ein Abblendlicht eines Kraftfahrzeugs, beleuchtet. Somit ist das Betätigungselement 2 innerhalb einer Frontplatte eines Fahrerinformationssystems auch bei schlechten Lichtverhältnissen jederzeit leicht auffindbar.

In Fig. 1 unterhalb des Bedienelementgehäuses 3 ist ein Schalter 6 angeordnet. Bei Ausführung der Seitenwände 32 und/oder des Bodens 33 des Bedienelementgehäuses 3 aus elastischem Material ist das Betätigungselement durch axialen Druck entlang seiner Symmetrieachse 29 axial so weit verschiebbar, daß der darunterliegende Schalter 6 durch Druck auf das Betätigungselement betätigt wird.

Im seitlichen Verschwenkbereich des Betätigungselements 2 bzw. seiner Kappe 28 sind Aufnehmer 4 und 40 senkrecht zueinander angeordnet, die eine Auslenkung des Betätigungselements 2 erfassen und in ihre zueinander senkrechten Komponenten zerlegen.

Eine erste Ausführungsform des Aufnehmers 4 bzw. 40 ist in Fig. 1 am Beispiel eines kapazitiven Aufnehmers dargestellt. Im Gehäuse 3 des Bedienelements 1 sind im Verschwenkbereich der Kappe 28 des Betätigungselements 2 Stege 410 und 420 angeordnet, die einen Kanal 415 offen lassen, in dem sich die Kappe 28 bei Verschwenkung des Betätigungselements 2 frei bewegt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Aufnehmers 4 zur Erfassung der Stellung des Betätigungselements 2 ist auf der der Kappe des Betätigungselements zugewandten Stirnseite des ersten Stegs 410 eine erste metallische Oberfläche 41 angeordnet. Ebenso ist auf der der Oberfläche 21 zugewandten Stirnseite des zweiten Stegs 420 eine zweite metallische Oberfläche 42 angeordnet. Die metallischen Oberflächen 41 und 42 bilden einen Kondensator, in dessen Luftspalt die Kappe 28 des Betätigungselements 2 infolge dessen Verschwenkung verschiebbar ist. Da die aus einem Kunststoffmaterial gefertigte Kappe 28 des Betätigungselements 2 eine von der von Luft sehr verschiedene Dielektrizitätskonstante aufweist, ergibt sich bei Verschwenkung der Kappe 2 und demzufolge Verschiebung des oder einer Teils des Dielektrikums zwischen den Kondensatorplatten 41 und 42 eine meßbare Kapazitätsänderung, die durch eine über Leitungen 43 und 44 mit den metallischen Oberflächen 41 und 42 verbundene Auswerteschaltung 45 zur Erzeugung eines die Stellung des Betätigungselements anzeigenden Signals 46 auswertbar ist.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen Aufnehmer 4 zur Erfassung der Stellung des Betätigungselements 2 ist anhand eines optischen Aufnehmers in Fig. 2a dargestellt. Bei dem in Fig. 2a dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf den der Kappe 28 zugewandten Stirnseiten des ersten und des zweiten Stegs 410 und 420 Lichtleiter 411 und 421 angeordnet. Der erste Lichtleiter 421 ist zur Aufnahme von in den Kanal 415 abgestrahlten Lichts vorgesehen. Je nach Stellung des Betätigungselements 2 ist ein Teil des ersten Lichtleiters 421 durch die Kappe 28 des Betätigungselements verdeckt, so daß ein Lichteintritt in den ersten Lichtleiter 421 durch die Kappe 28 je nach deren Stellung teilweise behindert wird. Dementsprechend ergibt sich in dem ersten Lichtleiter eine von der Stellung des Betätigungselements 2 abhängige Lichtmenge, die durch eine Auswerteschaltung 45 zur Erzeugung eines die Stellung des Betätigungselements anzeigenden Signals 46 ausgewertet wird.

Bei dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der Stirnseite des ersten Steges 410 ein zweiter Lichtleiter 411 angeordnet, in den Licht einer Lichtquelle 47 über eine Lichtleitung 431 eingekoppelt wird. Erster Lichtleiter 421 und zweiter Lichtleiter 411 bilden mithin eine Lichtschranke, die durch den durch die Kappe 28 des Betätigungselements gebildeten Vorhang in Abhängigkeit einer Stellung des Betätigungselements 2 mehr oder weniger teilweise unterbrochen wird, so daß die Lichtmenge, die vom zweiten Lichtleiter 411 über den Kanal 415 in den ersten Lichtleiter. 421 überkoppelt, von der Stellung des Betätigungselements abhängig ist.

Bei dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel des Aufnehmers ist ein weiteres Lichtleiterstück 48 vorgesehen, in das ebenfalls direkt das Licht der Lichtquelle 47 eingekoppelt wird. Dieses über das dritte Lichtleiterstück 48 aufgenommene Licht der Lichtquelle 47 dient als Referenz für einen Vergleich des in den ersten Lichtleiter 421 übergekoppelten und mittels des Lichtleiters 441 der Auswerteeinrichtung 45 zugeführten Lichts. Somit sind Schwankungen der von der Lichtquelle 47 abgegebenen Lichtquelle ohne Einfluß auf das die Stellung des Betätigungselements 2 anzeigenden Signals 46.

Eine dritte Ausführungsform des Aufnehmers 4 ist in Fig. 2b dargestellt. Dort sind auf der der Innenseite der Kappe 28 zugewandten Stirnseite des ersten Steges 410 der erste und der zweite Lichtleiter 421 und 411 angeordnet. Wie in Fig. 2B' zu erkennen, ist zwischen den beiden Lichtleitern 411 und 421 eine optische Isolierung angebracht, die ein direktes Überkoppeln von Licht vom zweiten Lichtleiter 411 in den ersten Lichtleiter 421 verhindert.

Beidem in Fig. 2B dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bedienelements ist auf der Innenseite der Kappe 28 des Betätigungselements 2 eine spiegelnde Beschichtung 25 angebracht. Demzufolge wird vom zweiten Lichtleiter 411 abgestrahltes Licht an der spiegelnden Innenseite der Kappe 28 reflektiert und in den ersten Lichtleiter 421 eingekoppelt. Der Kopplungsgrad zwischen erstem und zweitem Lichtleiter 421 und 411 ergibt sich in Abhängigkeit der für eine Überkopplung verfügbaren Spiegelfläche 25 auf der Innenseite der Kappe 28 des Betätigungselements 2. Demzufolge ergibt sich ein hoher Kopplungsfaktor und somit eine hohe Lichtintensität im ersten Lichtleiter 421 für den Fall, daß das Betätigungselement 2 in der Figur nach rechts verschwenkt wird, wohingegen sich ein geringer Kopplungsfaktor und mithin eine geringe Lichtintensität im ersten Lichtleiter 421 für den Fall ergibt, daß das Betätigungselement 2 in der Figur nach links verschwenkt wird.

Das vom ersten Lichtleiter 421 aufgenommene Licht ist über einen Lichtleiter 441 der bereits beschriebenen Auswerteschaltung 45 zur Erzeugung eines die Stellung des Betätigungselements 2 anzeigenden Signals 46 zugeführt.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform können eine Lichtquelle und ein lichtempfindliches Element zueinander benachbart im ersten Steg angeordnet sein. Die Kappe des Betätigungselements ist dann auf ihrer Innenseite mit konzentrisch zur muldenförmigen Vertiefung angeordneten spiegelnden ringförmigen Streifen versehen, die durch nicht spiegelnde Streifen unterbrochen werden. Bei Verschwenkung der Kappe werden infolge der abwechselnden spiegelnden und nicht spiegelnden Streifen auf der Innenseite der Kappe des Betätigungselements Lichtimpulse vom lichtempfindlichen Element erfaßt, die mittels eines in der Auswertung vorgesehenen Inkrementenzählers zur Erzeugung eines die Verschwenkung des Betätigungselements anzeigenden Signals 46 verarbeitet werden.

Der in Fig. 4 dargestellte zweite Aufnehmer 40, der vorzugsweise senkrecht zum ersten Aufnehmer 4 angeordnet ist, erfaßt in analoger Weise eine Verschwenkung des Betätigungselements entlang der durch die Blattebene gemäß Fig. 1 senkrecht stehenden Ebene. Bei Verschwenkung des Betätigungselements in eine Richtung, die einen ersten Anteil senkrecht zur Blattebene und einen zweiten Anteil parallel zur Blattebene aufweist, infolge einer mittels eines Fingers des Bedieners erzeugten, an der muldenförmigen Vertiefung 22 angreifenden, zur Oberfläche des Betätigungselements tangentialen Kraft, zerlegen erster Aufnehmer 4 und zweiter Aufnehmer 40 die Verschwenkung des Betätigungselements 2 in ihre orthogonalen Komponenten und erzeugen entsprechende die Verschwenkung des Betätigungselements 2 anzeigende Signale 46.

Bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist das Betätigungselement 2 in Form eines Kugelhüllenausschnitts ausgebildet, wobei das Betätigungselement um den Mittelpunkt der Kugel, deren Ausschnitt das Betätigungselement darstellt, drehbar gelagert ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann es demgegenüber vorgesehen sein, daß das Betätigungselement nicht drehbar, sondern horizontal verschiebbar gelagert ist. Hierzu ist die Lagerung des Betätigungselements ersichtlich entsprechend anzupassen. Für diesen Fall empfiehlt sich für die Oberfläche 21 des Betätigungselements 2 anstelle einer kugelhüllenausschnittsförmigen Oberfläche eine ebene Oberfläche 21, wobei auch hier innerhalb der Oberfläche 21 eine muldenförmige Vertiefung 22 zum Eingreifen eines Fingers des Bedieners zum Einprägen einer Kraft zur Verschiebung des Betätigungselements 2 vorzusehen ist.

Claims (16)

1. Betätigungselement (2) für ein Bedienelement (1) zur Bedienung eines, insbesondere in einem Fortbewegungsmittel betriebenen, elektrischen Geräts,
das um zwei Raumachsen schwenkbar oder in zwei Raumachsen verschiebbar gelagert ist,
mit einer Oberfläche (21) zum Einprägen einer Betätigungskraft, vorzugsweise mittels einer Hand oder eines Fingers eines Bedieners, zur Verschwenkung oder Verschiebung des Betätigungselements (2)
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche (21) eine muldenförmige Vertiefung (22) zum Eingreifen eines Fingers einer Hand des Bedieners aufweist.

2. Betätigungselement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (21) des Betätigungselements (2) in Form eines Ausschnitts aus einer Kugeloberfläche ausgebildet ist.

3. Betätigungselement (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (2) um den Mittelpunkt (26) der Kugel, deren Oberflächenausschnitt die Oberfläche (21) des Betätigungselements (2) bildet, schwenkbar gelagert ist.

4. Betätigungselement (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Betätigungselements durch die Oberfläche einer kugelhüllenausschnittsförmigen Kappe gebildet ist.

5. Bedienelement (1) zur Bedienung eines, insbesondere in einem Fortbewegungsmittel betriebenen, elektrischen Geräts mit einem Betätigungselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Bedienelement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Verschwenk- oder Verschiebebereich des Betätigungselements Aufnehmer (4) zur Erfassung der Stellung des Betätigungselements (2) vorgesehen sind, die mit der Oberfläche (21) oder Kappe (28) des Betätigungselements (2) zur Erfassung dessen Stellung zusammenwirken.

7. Bedienelement (I) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtschranke (411, 421) im Verschwenk- oder Verschiebebereich des Betätigungselements (2) derart angeordnet ist, daß das Betätigungselement (2) bei seiner Verschwenkung oder Verschiebung den Strahlengang der Lichtschranke (411, 421) beeinflußt.

8. Bedienelement (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranke (411, 421) als analoge Lichtschranke ausgebildet ist, wobei ein erster Lichtleiter (421) zur Aufnahme von Licht entlang des Verschwenk- oder Verschiebebereichs des Betätigungselements (2) angeordnet ist und die Menge in den ersten Lichtleiter (421) eingekoppelten Lichts durch die Stellung des Betätigungselements vorgegeben wird.

9. Bedienelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (2) in Abhängigkeit seiner Stellung den Strahlengang zwischen einem zweiten, Licht abstrahlenden Lichtleiter (411) und dem ersten Lichtleiter (421) unterbricht.

10. Bedienelement (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (2) mit den Aufnehmern (4) kapazitiv zusammenwirkt.

11. Bedienelement (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (2) in Abhängigkeit seiner Stellung einen Teil des Dielektrikums eines Kondensators (41, 42) bildet.

12. Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teiloberfläche der Oberfläche (21) des Betätigungselements (2), die in jeder Verschwenkstellung des Betätigungselements (2) die muldenförmige Vertiefung (22) umfaßt, durch einen, vorzugsweise kreisförmigen, Durchbruch (36) durch eine Wandung (31) des Bedienelements (1) zugänglich ist.

13. Bedienelement (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand (35) des Wandungsdurchbruchs (36) gegen die Oberfläche (21) des Betätigungselements (2) abgedichtet ist.

14. Bedienelement (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung in Form eines den Rand des Durchbruchs (36) begrenzenden Wulstes (35), dessen Unterseite an die Betätigungselementoberfläche (21) angepaßt ist, ausgebildet ist.

15. Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Federelemente (5) vorgesehen sind, die einer Verschwenkung oder Verschiebung des Betätigungselements (2) aus einer Ruhestellung entgegenwirken.

16. Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (2) zusätzlich axial verschiebbar gelagert ist, und daß in axialer Richtung hinter dem Betätigungselement (2) ein Schalter (6) angeordnet ist, der durch axiale Verschiebung des Betätigungselements (2) betätigbar ist.