DE102005033880A1

DE102005033880A1 - Vorrichtung zur optischen Erfassung von Schaltstellungen eines Schaltmittels

Info

Publication number: DE102005033880A1
Application number: DE200510033880
Authority: DE
Inventors: Tim Ullmann
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur optischen Erfassung von Schaltstellungen eines Schaltmittels, mit mindestens einem optischen Sender (36) und mit mindestens einem optischen Empfänger, wobei zur Anordnung von Sender (36) und Empfänger ein Statorelement (12) und ein relativ zu diesem drehbares Rotorelement (14) vorgesehen ist, wobei die Bewegung des Schaltmittels mit der Bewegung des Rotorelements (14) gekoppelt ist.

Description

Die Vorrichtung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Erfassung von Schaltstellungen eines Schaltmittels, insbesondere eines Lenkstockschalters eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem optischen Sender und mindestens einem optischen Empfänger.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 298 17 668 U1 und aus der DE 102 12 824 A1 bekannt.

Die Vorrichtungen dienen bei Verwendung in Kraftfahrzeugen dazu, Schaltstellungen beispielsweise eines Lenkstockschalters detektieren zu können. Die optische Erfassung von Schaltstellungen hat den Vorteil, dass auf verschleißanfällige mechanische Schleifkontakte verzichtet werden kann.

Die aus den genannten Druckschriften bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, dass sie vergleichsweise viel Bauraum beanspruchen. Die Bauteile dieser Vorrichtungen müssen jeweils der Form und dem Bauraum des als Lenkstockschalter ausgebildeten Schaltmittels angepasst sein.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur optischen Erfassung von Schaltstellungen eines Schaltmittels zu schaffen, die besonders kompakt gebaut und die universell, das heißt ohne größere Modifikationen des Schaltmittels, einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Anordnung von Sender und Empfänger ein Statorelement und ein relativ zu diesem drehbares Rotorelement vorgesehen ist, wobei die Bewegung des Schaltmittels mit der Bewegung des Rotorelements gekoppelt ist.

Durch die Verwendung eines Rotors und eines Stators kann die Vorrichtung eine besonders kompakte Einheit bilden. Die Sender und Empfänger können direkt an oder in dieser kompakten Einheit angeordnet sein, was den Einbau der Vorrichtung in oder an ein Schaltmittel erheblich erleichtert.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Sender am Rotorelement und mindestens ein Empfänger am Statorelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Sender am Statorelement und mindestens ein Empfänger am Rotorelement angeordnet sein. Diese Anordnungen haben den Vorteil, dass Sender und Empfänger durch Drehen des Rotorelements in eine Überdeckungslage von Sender und Empfänger gebracht werden können. Diese Lage entspricht dann einer bestimmten Schaltstellung des Schaltmittels. Auf separate Lichtleitelemente kann bei diesen Ausführungsformen verzichtet werden.

Alternativ oder zusätzlich kann auch mindestens ein Sender und mindestens ein Empfänger am Rotorelement angeordnet sein, wobei am Statorelement mindestens ein Lichtleitelement angeordnet ist, das bei einer bestimmten Schaltstellung des Schaltmittels Licht vom Sender zum Empfänger leitet.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass mindestens ein Sender und mindestens ein Empfänger am Statorelement angeordnet sind und am Rotorelement mindestens ein Lichtleitelement angeordnet ist, das bei einer bestimmten Schaltstellung des Schaltmittels Licht vom Sender zum Empfänger leitet. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass für die Energieversorgung und Signalübertragung von dem und zu dem Sender und Empfänger Leitungen verwendet werden können, die ortsfest angeordnet sein können, da Sender und Empfänger am Statorelement angeordnet sind.

Die genannten Lichtleiter können auch derart gestaltet sein, dass Licht aus einer Lichteintrittsfläche zu mehreren Lichtaustrittsflächen geleitet wird, bspw. indem von einem Lichtleiterstrang mehrere Lichtleiterstränge abzweigen.

Der Sender oder der Empfänger können koaxial zur Rotationsachse des Rotorelements angeordnet sein. Insbesondere dann, wenn der Sender oder der Empfänger mit radialem Abstand zur Rotationsachse des Rotorelements angeordnet ist, kann eine besonders raumsparende Anordnung geschaffen werden. Bei dieser Anordnung können entlang eines Rotationsumfangs eine Vielzahl von Sendern und/oder Empfängern vorgesehen sein.

Der Rotor kann innerhalb eines Winkels kleiner oder gleich 360° drehbar sein, was die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für Drehschalter ermöglicht, deren Bewegung durch Endanschläge begrenzt ist.

Der Rotor kann auch über ein Winkel von 360° hinaus drehbar sein, wenn das Schaltmittel, dessen Schaltstellungen erfasst werden sollen, frei, das heißt ohne Endanschläge, drehbar ist. Ein solches Schaltmittel kann beispielsweise durch einen Drehgriff zur Anwahl von Optionen eines Auswahlmenüs gebildet sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Rotorelement und das Statorelement in axialer Richtung zueinander verschieblich sind. Auf diese Weise kann nicht nur die Drehstellung des Schaltmittels, sondern auch dessen axiale Lage erfasst werden, wodurch besonders viele Schaltstellungen detektiert werden können.

Die Verwendung mehrerer Sender und/oder Empfänger ermöglicht die Detektion einer Vielzahl von Schaltstellungen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass ein Blendenelement vorgesehen ist, das optisch zwischen Sender und Empfänger angeordnet ist. Dieses kann sowohl am Rotorelement als auch am Statorelement angeordnet sein. Mit einem solchen Blendenelement kann das von dem Sender ausgestrahlte Licht abgeschattet und nur in einem definierten Öffnungsbereich gegenüber dem Empfänger freigegeben werden. Hierdurch wird eine zuverlässige Detektion von Schaltstellungen ermöglicht, wobei Einflüsse durch Streulicht weitestgehend verhindert werden können.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei Sender zur Erzeugung von mindestens zwei zueinander parallelen Lichtsignalen vorgesehen sind, wobei die Intensität mindestens eines Lichtsignals variabel ist. Dies hat den Vorteil, dass die Alterung eines Lichtsignals ausgeglichen werden kann, indem mit zunehmender Intensität ein zweites, paralleles Lichtsignal geschaltet wird. Somit können auch bei abnehmender Lichtintensität eines Lichtsignals die beiden Lichtsignale zusammen ein Gesamtsignal gleichbleibender Intensität erzeugen.

Wenn das Rotorelement im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und innerhalb des außenliegenden Statorelements drehbar angeordnet ist oder wenn das Statorelement im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und das Rotorelement außerhalb des Statorelements drehbar angeordnet ist, kann eine besonders raumsparende Konstruktion geschaffen werden, insbesondere, wenn das außenliegende Bauteil (also Statorelement oder Rotorelement) eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche hat. Hierdurch erhält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine insgesamt zylindrische Gestalt, mit der ein knapp bemessener Einbauraum optimal ausgenutzt werden kann. Dies liegt daran, dass Rotor- und Statorelement ineinander geführt sind und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, jeweils separat angeordnet sind.

Die genannten Vorteile kommen besonders gut zum Tragen, wenn die Vorrichtung Rastmittel zur Zwangsführung des Schaltmittels aufweist. In diesem Fall erhält die Bedienperson des Schaltmittels eine haptische Rückmeldung, wenn er das Schaltmittel in eine bestimmte Schaltstellung bewegt.

Eine insgesamt kompakte Konstruktion kann dadurch gebildet werden, dass die Vorrichtung in einem Gehäuse des Schaltmittels angeordnet ist. Insbesondere wenn das Gehäuse des Schaltmittels einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Raum zur Aufnahme der Vorrichtung aufweist und wenn die Außenfläche des außenliegenden Bauteils der erfindungsgemäßen Vorrichtung dem Gehäuse des Schaltmittels angepasst ist, kann besonders viel Bauraum eingespart werden, da kein separates Gehäuse zur Aufnahme von Sender und/oder Empfänger mehr erforderlich ist. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Vorrichtung direkt in das Schaltmittel eingesetzt werden und dort Hohlräume nutzen, die dort üblicherweise vorgesehen sind.

Um die zu detektierenden Schaltstellungen zu erhöhen, wenn nur eine geringe Anzahl von Empfängern verwendet wird, wird vorgeschlagen, dass das vom Sender emittierte Licht durch Farbfilter kodiert ist. Hierdurch kann ein Empfangselement verwendet werden, dass mehreren Sendern zugeordnet ist, die wiederum jeweils durch Farbfilter kodierte Lichtsignale aussenden.

Die Auswertung der Lichtsignale kann auf Basis konkreter oder digitalisierter Spannungswerte erfolgen. Ersteres bietet den Vorteil, dass auch Helligkeitsabstufungen erfasst werden können, wodurch die Anzahl der zu erfassenden Schaltstellungen erhöht ist. Digitalisierte Spannungswerte ("0" oder "1") haben den Vorteil, dass sie besonders einfach ausgewertet werden können.

Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur optischen Erfassung von Schaltstellungen eines Schaltmittels mit einem Rotorelement und einem Statorelement;
2 die Vorrichtung gemäß 1 aus einer anderen Perspektive, wobei Teile des Statorelements entfernt sind;
3 Einzelteile des Rotor- und des Statorelements; und
4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Anordnung in einem Gehäuse eines Schaltmittels.
In 1 ist eine Vorrichtung zur optischen Erfassung von Schaltstellungen eines Schaltmittels insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 weist ein ringförmig ausgebildetes Statorelement auf, in dem ein zylindrisch ausgebildetes Rotorelement 14 angeordnet ist.
Das Statorelement 12 weist sich parallel zur Rotationsachse des Rotorelements 14 erstreckende Nuten 16 auf. Mit Hilfe der Nuten 16 kann die Vorrichtung 10 in dem in 4 dargestellten Gehäuse 17 eines Schaltmittels positioniert werden. Hierfür weist das im Wesentlichen zylindrische Gehäuse 17 längliche Stege 19 auf, die in die Nuten 16 des Statorelements 12 eingreifen.
Das Statorelement 12 weist an einer in 1 rückwärtigen Stirnfläche eine scheibenförmige Platine 18 auf. Diese ist auch in 2 dargestellt.
Das Statorelement 12 weist auf der der Platine 18 abgewandten Seite eine Empfangseinheit 20 auf, die in der zylindrischen Wandung des Statorelements 12 integriert. Die Empfangseinheit 20 weist insgesamt vier taschenförmig ausgebildete Empfängeraufnahmen 22 zur Aufnahme von nicht dargestellten Empfängern auf.
In der Wandung des Statorelements 12 ist zwischen der Platine 18 und der Empfangseinheit 20 eine schlitzartige Kulissenführung 24 vorgesehen, in der ein stiftförmiges Verbindungsstück 26 verschiebbar geführt ist. Das Verbindungsstück 26 ist mit dem nicht dargestellten Schaltmittel verbunden, so dass bei Bewegung des Schaltmittels das Verbindungsstück 26 innerhalb der Kulisse 24 bewegt wird. Das Verbindungsstück 26 ist fest mit dem Rotorelement 14 verbunden (vergleiche auch 2).
In dem in 4 dargestellten Gehäuse 17 sind insgesamt vier Vorrichtungen 10 angeordnet. Diese weisen jeweils ein Verbindungsstück 26 auf.
In dem Rotorelement 14 ist ein Lichtleitelement 28 innerhalb einer schlitzförmigen, sich radial erstreckenden Aufnahme 30 angeordnet. Das Lichtleitelement 28 weist gemäß 2 eine Lichteintrittsfläche 32 sowie eine Lichtaustrittsfläche 34 auf. Die Lichteintrittsfläche 32 ist senkrecht und koaxial zur Rotationsachse des Rotorelements 14 angeordnet und parallel zu einem Sender 36, der an der Platine 18 des Statorelements 12 angeordnet ist.
In 3 ist nur das Lichtleitelement 28 des Rotorelements 14 dargestellt, und zwar in einer gegenüber den 1 und 2 um etwa 180° verdrehten Lage. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist auch die Empfangseinheit 20 gegenüber der in 1 dargestellten Lage um etwa 180° gedreht. Die Empfangseinheit 20 weist Blendenöffnungen 38 auf, die den Empfängeraufnahmen 22 (vergleiche 1) optisch vorgeschaltet sind.
Ein Lichtsignal, das vom Sender 36 ausgesendet wird, kann durch die Lichteintrittsfläche 32 durch einen ersten Arm des Lichtleitelements 28 geleitet werden, der koaxial zur Rotationsachse des Rotorelements 14 verläuft. Der erste Arm 40 mündet an einem zweiten Arm 42, der in einer bezogen auf das Rotorelement 14 radialen Richtung verläuft. Das Licht kann aus dem ersten in den zweiten Arm und von dort über die Lichtaustrittsfläche 34 zu den Blendenöffnungen 38 geleitet werden.
Wenn das Rotorelement 14 innerhalb des Statorelements 12 gedreht wird, wird vom Sender 36 in das Lichtleitelement 28 eingespeistes Licht zur Lichtaustrittsfläche 34 geleitet, die je nach Drehstellung des Rotorelements 14 in Überdeckungslage mit einer der Blendenöffnungen 38 gerät. So kann der dieser Blendenöffnung zugeordnete Empfänger Licht empfangen, während die anderen Empfänger kein Licht empfangen. So ermöglicht die in 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung die Detektion von insgesamt vier Drehstellungen. Wenn die Auswertung der von den Empfängern empfangenen Lichtsignale in analoger Weise erfolgt, können auch Zwischenstufen des Schaltmittels detektiert werden.

Claims

Vorrichtung (10) zur optischen Erfassung von Schaltstellungen eines Schaltmittels, insbesondere eines Lenkstockschalters eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem optischen Sender (36) und mit mindestens einem optischen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anordnung von Sender (36) und Empfänger ein Statorelement (12) und ein relativ zu diesem drehbares Rotorelement (14) vorgesehen ist, wobei die Bewegung des Schaltmittels mit der Bewegung des Rotorelements (14) gekoppelt ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender (36) am Rotorelement (14) und mindestens ein Empfänger am Statorelement (12) angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender (36) am Statorelement (12) und mindestens ein Empfänger am Rotorelement (14) angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender (36) und mindestens ein Empfänger am Rotorelement (14) angeordnet sind und am Statorelement (12) mindestens ein Lichtleitelement (28) angeordnet ist, das bei einer bestimmten Schaltstellung des Schaltmittels Licht vom Sender (36) zum Empfänger leitet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender (36) und mindestens ein Empfänger am Statorelement (12) angeordnet sind und am Rotorelement (14) mindestens ein Lichtleitelement (28) angeordnet ist, das bei einer bestimmten Schaltstellung des Schaltmittels Licht vom Sender (36) zum Empfänger leitet.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (36) oder der Empfänger koaxial zur Rotationsachse des Rotorelements (14) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (36) oder der Empfänger mit radialem Abstand zur Rotationsachse des Rotorelements (14) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (14) innerhalb eines Winkels kleiner oder gleich 360° drehbar ist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (14) über einen Winkel von 360° hinaus drehbar ist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (14) und das Statorelement (12) in axialer Richtung zueinander verschieblich sind.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sender (36) und/oder Empfänger vorgesehen sind.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Blendenelement (38) vorgesehen ist, dass optisch zwischen Sender (36) und Empfänger angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenelement (38) am Rotorelement (14) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenelement (38) am Statorelement (12) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sender (36) zur Erzeugung von mindestens zwei zueinander parallelen Lichtsignalen vorgesehen sind, wobei die Intensität mindestens eines Lichtsignals variabel ist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (14) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und innerhalb des außenliegenden Statorelements (12) drehbar angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorelement (12) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und das Rotorelement (14) außerhalb des Statorelement drehbar angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das außenliegende Bauteil (Statorelement (12) oder Rotorelement (14)) eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche hat.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) Rastmittel zur Zwangsführung des Schaltmittels aufweist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) in einem Gehäuse (17) des Schaltmittels angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17) des Schaltmittels einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Raum zur Aufnahme der Vorrichtung (10) aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des außenliegenden Bauteils dem Gehäuse (17) des Schaltmittels angepasst ist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Sender (36) emittierte Licht durch Farbfilter kodiert ist.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Lichtsignale auf Basis konkreter Spannungswerte erfolgt.
Vorrichtung (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Lichtsignale auf Basis digitalisierter Spannungswerte erfolgt.