DE102004035960A1

DE102004035960A1 - Drehsteller

Info

Publication number: DE102004035960A1
Application number: DE102004035960A
Authority: DE
Inventors: Michael Martin
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-07-24
Also published as: WO2006010513A1; DE102004035960B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement (1) für Steuergeräte in Kraftfahrzeugen mit einem in Kugeln (6, 8) gelagerten Drehsteller (2, 14) mit einem feststehenden Innenteil (21) und einem Mittel (5, 7) zum Erzeugen einer Rast, wobei um einen inneren, mit einem feststehenden Innenteil (21) ausgeführten Drehsteller (14) ein weiterer ringförmiger äußerer Drehsteller (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement für Steuergeräte in Kraftfahrzeugen mit einem in Kugeln gelagerten Drehsteller mit einem feststehenden Innenteil und einem Mittel zum Erzeugen einer Rast.
In Kraftfahrzeugen sind heutzutage eine Vielzahl von Bedienfunktionen einzustellen, wobei ein Trend dahingehend gerichtet ist, diese Vielzahl von Bedienfunktionen mittels eines einzigen Drehstellers vorzunehmen, um entsprechend einer jeweils ausgewählten Bedienfunktion Parameter einzustellen oder zwischen verschiedenen Möglichkeiten auszuwählen. Sind derartige Drehsteller in beiden Richtungen frei drehbar, so ist sowohl beim Einstellen von Parametern als auch beim Auswählen von vorgegebenen Möglichkeiten eine optische Rückmeldung über den eingestellten Parameter beziehungsweise die eingestellte Möglichkeit erforderlich. Um hierbei dem Benutzer zumindest ein Gefühl für das Drehen am Drehsteller des Drehknopfes zu vermitteln, ist es bekannt, eine Vielzahl von leichten, am Drehknopf fühlbaren Rastklicks zu erzeugen. Der Benutzer erhält somit eine haptische Rückmeldung.
Ein entsprechender Drehsteller für ein Bedienelement ist aus der DE 198 24 149 A1 bekannt. Es ist ein Drehsteller beschrieben, bei dem eine in beiden Drehrichtungen wirksame Klinke mit Rastzähnen einer Zahnscheibe zusammenwirkt. Die Klinke wird dabei von einem Stellglied aus ihrer Freigabestellung in eine Sperrstellung verschoben, in der sie elastisch mit unterschiedlichen Federkräften oder unbeweglich gehalten wird, um am Drehknopf unterschiedlich stark fühlbare Rastklicks zu bewirken. Dabei wirkt das Stellglied unmittelbar mit den Rastzähnen der Zahnscheibe zusammen.
Ein weiteres Bedienelement für Steuergeräte in Kraftfahrzeugen mit einem Gehäuse und einem Drehknopf, der über eine Drehachse Steuerfunktionen einstellt und einem Rastwerk zur Vorgabe von den Symbolen zugeordneten Raststellungen des Drehknopfes ist in der DE 195 17 781 C2 beschrieben. Hierbei arbeitet das Rastelement mit einer am Gehäuse befestigten Rastkulisse zusammen und ist einstückig an den Drehknopf angeformt. Mittels eines Steckers, der in das Steuerglied hineinreicht, kann das Steuerglied betätigt werden, wobei das Steuerglied in einem Gleitlager gehalten ist.
Ein Betätigungselement mit einem Drehsteller und einem feststehenden Innenteil, das im Gehäuse in Kugeln gelagert ist, ist in der DE 102 34 512 A1 beschrieben. Der Drehsteller, der hier als Drehknopf bezeichnet ist, erhält seine Rastklicks über Führungskurven, die in Zusammenwirkung mit den Kugeln der Lagerung eine Auf- und Abbewegung erzeugen und mittels der der Bediener eine haptische Rückmeldung erfährt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Bedienelement für Steuergeräte in Kraftfahrzeugen zu entwickeln, dass äußerst leichtgängig ist, eine gleichmäßige Rast über den gesamten Drehbereich aufweist, mit konstruktiv einfachen Mitteln aufgebaut und deshalb kostengünstig herzustellen ist, sich durch ein hochwertiges Erscheinungsbild auszeichnet und eine hohe Anzahl von Funktionen in sich vereint.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass um einen inneren, mit einem feststehenden Innenteil ausgeführten Drehsteller ein weiterer ringförmiger, äußerer Drehsteller angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bedienelementes ist nun die Möglichkeit geschaffen, eine hohe Anzahl von Funktionen in einem Bedienelement zu vereinen. Insbesondere bei der Verwendung des Bedienelementes für eine hohe Anzahl von Funktionen ist das Zusammenbringen zweier übereinander beziehungsweise umeinander angeordneter Drehsteller für den Bediener von Vorteil, da mit einem Handgriff direkt mehrere Funktionen und Einstellungen vorgenommen werden können. Ein Suchen eines weiteren Bedienelementes im Armaturenbrett, der Mittelkonsole oder eines anderen Bedienbereiches entfällt. Durch die Integration eines weiteren Drehstellers in den vorhandenen Drehsteller mit feststehendem Innenteil, wobei hier darauf hingewiesen wird, dass sich das feststehende lediglich auf eine Drehbewegung bezieht, eine weiterreichende Funktion zum Beispiel in Form eines Tasters ist erfindungsgemäß vorstellbar, wird vorteilhafterweise auch Bauraum eingespart. Somit sind zwei Drehsteller in ein Gehäuse als ein Bedienelement herstellbar und somit ist der erfindungsgemäße Vorteil gegeben, dass mit konstruktiv minimalen und einfachsten Mitteln ein kostengünstiger Drehsteller realisiert ist. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Lagers auf einem zentralen Lagerbock wird eine gleichmäßige Rast über den gesamten Drehbereich realisiert. Vorstellbar ist es hierbei, dass der äußere Drehsteller direkt auf ein Kugellager montiert wird. Der Einsatz eines standardisierten Massenartikels wirkt sich wiederum positiv auf die Herstellungskosten aus. Darüber hinaus bietet der Einsatz eines Lagers eine hohe Funktionssicherheit, da die Drehbewegungen eines Bedienelementes in einem Kraftfahrzeug in Bezug auf die Auslegung eines normierten Lagers nur minimale Anforderungen an die Lebensdauer des Lagers stellt. Darüber hinaus bietet das Lager den Vorteil, dass der äußere wie auch innere Drehsteller durch die Lagerung äußerst leichtgängig zu bedienen sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und an Figuren erläutert.
Es zeigt
1 die isometrische Darstellung eines geöffneten Bedienelementes in einer Vorderansicht,
2 die isometrische Darstellung eines Bedienelementes in einer Rückansicht und
3 die isometrische Darstellung eines Bedienelementes in einem zusammengebauten Ausführungsbeispiel.
In der 1 ist eine dreidimensionale Ansicht auf ein Bedienelement 1 im geöffneten Zustand dargestellt. Das Bedienelement 1 besteht dabei im Wesentlichen aus dem äußeren ringförmigen Drehsteller 2, dem zentralen Lagerbock 3, der inneren Rasthülse 4, dem äußeren Federelement 5, dem äußeren Lager 6, dem inneren Federelement 7 sowie dem inneren Lager 8. Der zentrale Lagerbock 3 besitzt einen äußeren Rand 9 und eine innere zylinderförmige Verlängerung 10. Dabei trägt der zentrale Lagerbock 3 sowohl das äußere Lager 6 auch das innere Lager 8. Auf die Lager 6, 8 ist einerseits der äußere Drehsteller 2 wie auch die innere Rasthülse 4 befestigt.
Das äußere Lager 6 ist auf dem äußeren Umfang des Lagerbocks 3 befestigt. Auf dem äußeren Umfang 11 des äußeren Lagers 6 sitzt wiederum der äußere Drehsteller 2. Die äußere Umfangsoberfläche 11 ist bereichsweise profiliert ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt die äußere Umfangsoberfläche 11 des Lagerbocks 3 eine wellenförmige Kontur. In diese wellige Kontur der Umfangsoberfläche 11 greift das äußere Federelement 5 ein. Dabei ist das äußere Federelement 5 zwischen dem Wellenprofil und dem äußeren Drehsteller 2 angeordnet und zwar in der Weise, dass das äußere Federelement 5 drehfest mit dem äußeren Drehsteller 2 verbunden ist. Denkbar ist erfindungsgemäß auch ein Aufbau bei dem die äußere Rastfeder 5 am Lagerbock 3 befestigt ist und sich das Rastprofil am Drehsteller 2 selbst befindet. Bei einem metallischen Drehsteller würde dabei ein aus einem Kunststoff gefertigtes Zusatzteil mit einem Rastprofil am Drehsteller befestigt werden. Der äußere Drehsteller 2 erzeugt somit während des Verdrehens mittels der äußeren Feder 5 in Zusammenspiel mit der profilierten Umfangsoberfläche 11 eine dem Oberflächenprofil 11 entsprechende Haptik. Es ist dabei selbstverständlich, dass durch die Auslegung des Ober flächenprofils 11 in Kombination mit einer entsprechenden äußeren Feder die Haptik des äußeren Drehstellers 2 einstellbar und veränderbar ist.
Der Einsatz eines äußeren Lagers 6 in Form eines Kugel-, Rollen-, Zylinder-, Nadel- oder Gleitlagers sorgt dabei dafür, dass eine äußerst gute Führung des äußeren Drehstellers gewährleistet ist und stellt gleichzeitig sicher, dass für das Bedienelement eine den Vorgaben der Automobilindustrie entsprechende Lebensdauer einhaltbar ist. Es ist darüber hinaus vielmehr so, dass die Drehbewegungen am Drehsteller 2 die Lebensdauer des Lagers nicht erreichen, wobei darüber hinaus auch nur minimalste Belastungen auf das Lager 6 einwirken. Durch den Einsatz eines normierten Lagers, wobei hier ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass nicht nur die aufgezählten Lagertypen einsetzbar sind, sondern das jegliche Art von Lager einsetzbar ist, kann einerseits eine kostengünstige Fertigung realisiert werden und andererseits ist eine gleichmäßige Rast über den gesamten Drehbereich des Drehstellers 2 gewährleistet.
Am inneren Rand 12 des äußeren Rands 9 des Lagerbocks 3 besitzt der Lagerbock 3 Ausnehmungen 13 in der das innere Federelement 7 aufgenommen und gehalten ist. Das innere Federelement 7 arbeitet dabei mit der inneren Rasthülse 4 zusammen. Die innere Rasthülse 4 ist dabei verdrehfest mit dem inneren Drehsteller 14 verbunden oder wahlweise auch einstückig mit dem inneren Drehsteller 14 verbunden und auf dem Lagerbock 3 mittels des inneren Lagers 8 drehbar gelagert. Auf der äußeren Oberfläche der Rasthülse 4 ist ebenfalls ein wellenförmiges Profil 15 aufgebracht, wobei das wellenförmige Profil 15 vornehmlich einstückig mit der Rasthülse 4 ausgebildet wird. Die innere Feder 7 wirkt wiederum mit dem wellenförmigen Profil 15 zusammen und erzeugt die Rast für den inneren Drehsteller 14. Das innere Lager 8 trägt einerseits die Rasthülse 4 und ist andererseits auf der zylinderförmigen Verlängerung 10 des Lagerbocks 3 befestigt. Die Auswahl und der Einsatz eines Lagers 8 entspricht dem des äußeren Lagers 6.
Die zylinderförmige Verlängerung 10 ist hohl und durchgängig geöffnet. Erfindungsgemäß kann die Öffnung 16 für unterschiedlichste Anwendungen und Bauteile Verwendung finden. So ist es vorstellbar, dass feststehende Innenteil durch die Öffnung 16 hindurch zu hinterleuchten. Es ist ebenfalls vorstellbar, eine ein- oder mehrteilige Taste durch die Öffnung 16 hindurchzuführen und einen oder mehrere Taster, die auf einer hinter dem Bedienelement auf einer nicht dargestellten Leiterplatine angeordnet sind, zu betätigen. Es ist natürlich auch eine Kombination aus hinterleuchtbarem Taster mit oder ohne Lichtleiter vorstellbar. Darüber hinaus ist das Anzeigen einer frei programmierbaren Symbolik mit entsprechenden Lichtleitelementen in diesem Bedienelement einsetzbar. So kann je nach ausgewählter Funktion für das Bedienelement und die beiden Drehsteller 2, 14 eine unterschiedliche Symbolik auf dem feststehenden Innenteil des inneren Drehstellers 14 angezeigt werden.
Mittels der Lager 6, 8 und der Federelemente 5, 7 wird zum einen die Leichtgängigkeit und zum anderen mittels der Federelemente 5, 7 die Rast erzeugt. Zur Erkennung der Position des Drehstellers 2, 14 ist eine mechanische, optische oder magneto-resitive Positionserkennung vorstellbar. Zur Darstellung der magneto-resistiven Positionserkennung ist in der 2 ein Ausführungsbeispiel eines Bedienelementes 1 in einer dreidimensionalen Darstellung und von der Rückseite her dargestellt. Zu erkennen ist der zentrale Lagerbock 3, das äußere Lager 6 sowie der äußere Drehsteller 2. An den äußeren Drehsteller 2 ist in Richtung einer hinter dem Bedienelement 1 angeordneten, nicht dargestellten Leiterplatte ein magnetisierbarer Bereich 17 angebaut oder angeformt. Dieser magnetisierbare Bereich 17 besitzt negativ 18 oder positiv 19 polarisierte Felder. Unterhalb dieser polarisierten Felder 18, 19 sind auf der Leiterplatte Hall-Sensoren angeordnet. Durch eine um 90° versetzte Anordnung mindestens zweier Hall-Sensoren und einer Überdeckung von mindestens eineinhalb Feldern 18, 19 ist stets eine Drehrichtungserkennung realisierbar. Durch die Ausnehmungen 13 im Lagerbock 3 können wiederum Hall-Sensoren auf einer wiederum nicht dargestellten Leiterplatte die Drehrichtungs- und Positionserkennung an der Rasthülse 4 ermitteln. Dazu besitzt die Rasthülse 4 an ihrem unteren Ende ebenfalls einen magnetisierbaren Bereich 20. Diese magnetisierbare Bereich arbeitet dann wie bei dem magnetisierbaren Bereich 17 des äußeren Drehstellers 2 mit entsprechend angeordneten Hall-Sensoren zusammen. Anzumerken bleibt hier, dass auch mehrere Leiterplatten hinter den Drehstellern einsetzbar sind.
Neben dieser magneto-resitiven Positionserkennung ist auch eine magnetische oder optische Positionserkennung in das Bedienelement 1 integrierbar und für die Auswertung der Positionserkennung einsetzbar. Bei der mechanischen Positionserkennung wird anstelle des magnetisierbaren Bereichs 17 ein kombiniertes System aus Zahnrad und Rastelement eingesetzt, wobei über das Zahnrad ein Inkrementengeber oder ein Potentiometer angetrieben ist und mittels des Rastelementes in Kombination mit einem Taster ein Schaltimpuls erzeugt ist. Anstelle des magnetisierbaren Bereichs 17 würde in diesem Fall am unteren Ende des Drehstellers 2 eine Verzahnung angeordnet sein, die das Zahnrad bildet und die unmittelbar auf einen Inkrementengeber oder ein Potentiometer wirkt. Als Rastelement ist es vorstellbar ein Federelement 5, 7 einzusetzen, wobei an das Federelement 5, 7 ein Taster angeschlossen ist. Über die Verzahnung wäre somit eine Richtungserkennung in positiver oder negativer Richtung ermöglicht und über den Taster könnte die Anzahl der Impulse und somit der Verdrehweg ermittelt werden. Eine weitere Ausgestaltungsvariante ist die optische Positionserkennung. Hierbei werden die Hall-Sensoren durch SMD-Lichtschranken ersetzt und der Bereich 17 und 20 entsprechend in reflektierende und nicht reflektierende Bereiche unterteilt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit an den Drehsteller Bereiche anzuformen, die nach Art eines Rechens zwischen den Sender und einen Empfänger einer Lichtschranke reichen. Auch wenn in der Beschreibung lediglich der untere Bereich des Drehstellers 2 beschrieben ist, so ist es natürlich ebenfalls möglich, die Rasthülse 4 ebenfalls mit mechanischen oder optischen Positionserkennungssystemen auszustatten.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorstellbar, die Positionserkennung und die haptische Rückmeldung durch einen Schrittmotor zu erzeugen. In diesem Fall würden die Rastfedern 5, 7, das wellenförmige Profil 11, 15, der Hall-Sensor und der magnetisierbare Bereich 17, 20 entfallen. Hierbei wird an die äußere Umfangsoberfläche des Drehstellers 2 eine Verzahnung angebracht und über ein Ritzel ein Schrittmotor angetrieben. Während des Verdrehens des Drehstellers 2 ist dann die Position und Drehrichtung dem Schrittmotor entnehmbar. Über den Schrittmotor ist dabei auch das haptische Verhalten des Bedienelementes steuerbar. Je nach Ansteuerung des Schrittmotors wird ein mehr oder weniger starker Widerstand am Drehsteller 2, 21 erzeugt. Es ist in dieser Ausgestaltungsvariante auch eine audio-visuelle Rückmeldung, die gegebenenfalls über die Lautsprecher der Audioanlage ausgegeben wird, möglich.
Eine dreidimensionale Ansicht auf ein erfindungsgemäß ausgeführtes Bedienelement 1 ist in 3 dargestellt. Zu erkennen ist der magnetisierbare Bereich 17, der zum Beispiel aus einem polarisierbaren Kunststoff hergestellt ist und einstückig an den äußeren Drehsteller 2 angeformt oder aber auch aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, sowie der innere Drehsteller 14 mit dem feststehenden Innenteil 21 und einer zwischen dem äußeren Drehsteller 2 und dem inneren Drehsteller 14 angeordneten Abdeckblende 22. Das feststehende Innenteil 21 kann ein ein- oder mehrteiliger Taster oder ein feststehender Bereich mit frei programmierbarer Symbolik sein. Erfindungsgemäß ist es vorstellbar, die Abdeckblende 22 mit einem Lichtbalken in Form von einzelnen separat ansteuerbaren Lichtelementen 23 zu versehen und/oder Symbole auf der Abdeckblende 22 anzuzeigen. Die Lichtelemente 22 bilden dabei hintereinander angeordnet eine Lichtkette, mittels derer zum Beispiel die Stufen eines Gebläses oder die Lautstärke eines Radios visuell angezeigt wird. Die Lichtkette 23 ist hierbei lediglich ansatzweise dargestellt, es ist natürlich selbstverständlich möglich die Lichtkette 23 über den gesamten Bereich der Abdeckblende 22 zu erstrecken. Genauso ist es vorstellbar eine Kombination aus Lichtelementen 23 und Lichtelementen als Symbol auf der Abdeckblende 22 abzubilden. Die Lichtelemente 23 werden dabei mittels eines Lichtleiters und einer oder mehrerer Leuchtmittel, zum Beispiel LEDs, die auf der nicht dargestellten Leiterplatte angeordnet sind hinterleuchtet oder ausgeleuchtet. Es ist natürlich ebenfalls vor stellbar die Lichtleiter durch die Abdeckblende 22 hindurchzuführen und unmittelbar sichtbar in der Abdeckblende darzustellen.
Vornehmlich werden die Drehsteller 2, 14 aus einem metallischen und/oder einem metallisierbaren und/oder metallisch wirkenden Werkstoff hergestellt. Die metallische Oberfläche unterstützt dabei einerseits die Haptik und ist andererseits sehr beständig. Bei metallisierbaren und/oder metallisch wirkenden Werkstoffen ist der Vorteil eines geringeren Gewichtes gegenüber einem metallischen Werkstoff gegeben.

Claims

Bedienelement für Steuergerät in Kraftfahrzeugen mit einem in Kugeln (6, 8) gelagerten Drehsteller (2, 14) mit einem feststehenden Innenteil (21) und einem Mittel (5, 7) zum Erzeugen einer Rast, dadurch gekennzeichnet, dass um einen inneren, mit einem feststehenden Innenteil (21) ausgeführten Drehsteller (14) ein weiterer äußerer Drehsteller (2) angeordnet ist.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere (14) und äußere (2) Drehsteller mittels jeweils eines Lagers (6, 8) in einem zentralen Lagerbock drehbar aufgenommen ist.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umfangsoberfläche (11) des zentralen Lagerbocks (3) profiliert ausgeführt ist und dass zwischem dem äußeren Drehsteller (2) und der profilierten Oberfläche (11) ein Federelement (5) zur Erzeugung einer Rast angeordnet ist und dass die äußere Umfangsoberfläche des inneren Drehstellers (14) ebenfalls profiliert (15) ausgeführt ist und dass zwischen dem inneren Drehsteller (14) und dem Lagerbock (3) ein Federelement (7) zur Erzeugung einer Rast angeordnet ist.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein unteres Ende (17, 20) des inneren (14) und äußeren (2) Drehstellers magnetisierbar ist und dass das untere Ende (17, 20) des Drehstellers (2, 14) mit mindestens einem, auf einer oder mehreren unterhalb des Drehstellers (2, 14) angeordneten Leiterplatte befestigten Sensor, insbesondere einem Hall-Sensor, zusammenwirkt.
Bedienelement nach Anspruche 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zentralen Lagerbock (3) mindestens eine Ausnehmung (13) vorgesehen ist, durch die das magnetisierte Ende (20) des inneren Drehstellers (14) mit einem Sensor zusammenwirkt.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem inneren (14) und äußeren (2) Drehsteller eine feststehende, ein- oder mehrteilige Abdeckblende (22) angeordnet ist.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckblende (22) mit einer Lichtkette (23) versehen ist.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (21) des inneren Drehstellers (14) als ein- oder mehrteilige Taste mit einer oder mehreren Tastfunktionen ausgeführt ist.
Bedienelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (21) hinterleuchtbar und/oder mit einem beleuchtbaren Anzeigeelement versehen ist.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (21) des inneren Drehstellers (14) mit einer frei programmierbaren Symbolik ausgestattet ist.
Bedienelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsteller (2, 14) aus einem metallischen und/oder einem metallisierbaren und/oder metallisch wirkenden Werkstoff gefertigt ist.