DE102005042462A1 - Bedienelement mit zentralem Taster - Google Patents

Bedienelement mit zentralem Taster Download PDF

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Bedienelement mit einem Betätigungsknopf (9), welcher in einem Gehäuse (2), einer Konsole oder dergleichen gelagert und zwischen einer Ausgangsstellung und mehreren Schalt- oder Kontaktstellungen schwenkend bewegbar ist. Um das Bedienelement einfach zu gestalten, ist dem Betätigungsknopf (9) ein zentraler, den Schaltpunkt des Bedienelements festlegender Taster (13) mit einer haptischen Funktion zugeordnet, welcher jedesmal betätigt wird, wenn der Betätigungsknopf (9) aus seiner Ausgangsstellung in Richtung einer Schalt- oder Kontaktstellung um einen vorgegebenen Winkel verschwenkt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement mit einem Betätigungsknopf, welcher in einem Gehäuse, einer Konsole oder dergleichen gelagert und zwischen einer Ausgangsstellung und mehreren Schalt- oder Kontaktstellungen schwenkend bewegbar ist.
  • Joystickartige Bedienelemente dieser Art sind bekannt und werden in der Praxis in unterschiedlichsten Gebieten eingesetzt, um Maschinen, Softwareprogramme etc. zu steuern. Insbesondere werden die Bedienelemente in Kraftfahrzeugen verwendet, um eine Navigationsanlage oder einen Boardcomputer zu steuern. In diesem Fall ist das Bedienelement häufig in der Mittelkonsole zwischen dem Fahrer- und Beifahrersitz angeordnet, wodurch sich eine für den Fahrer übersichtliche Betätigungsmöglichkeit ergibt.
  • Aus der DE 101 52 978 A1 ist beispielsweise ein Bedienelement bekannt, welches flach ausgeführt und so konzipiert ist, daß der Betätigungsknopf in vier unterschiedliche Schalt- oder Kontaktlagen gekippt werden kann, wobei jeweils ein an dem Betätigungsknopf vorgesehener Dom mit einer korrespondierenden Kontaktpille einer Leiterplatte in Berührung kommt und diese elastisch niederdrückt, wodurch auch eine haptische Rückinformationen an einen Bediener erfolgt.
  • Die bekannten Bedienelemente gewährleisten, daß in jeder Schwenklage des Betätigungsknopfs jeweils nur eine Kontaktgabe erfolgt. Es wird jedoch zum Teil als aufwendig angesehen, daß jeder Schaltstellung ein Kontaktelement mit einer haptischen Funktion zugeordnet ist.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bedienelement der eingangs genannten Art anzugeben, das einen einfachen Aufbau besitzt.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Betätigungsknopf ein zentraler, den Schaltpunkt des Bedienelements festlegender Taster mit einer haptischen Funktion zugeordnet ist, welcher jedesmal betätigt wird, wenn der Betätigungsknopf aus seiner Ausgangsstellung in Richtung einer Schalt- oder Kontaktstellung um einen vorgegebenen Winkel verschwenkt wird.
  • Der Erfindung liegt damit die Überlegung zugrunde, einen zentralen Taster vorzusehen, der in allen Kipprichtungen verwendet wird, um den haptischen Verlauf sowie den Schaltpunkt bzw. die Schaltschwelle des Bedienelements festzulegen. Damit wird sichergestellt, daß der Schaltpunkt und der Verlauf der Haptik für alle Kontakt- oder Schaltstellungen gleich ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Schaltfunktion von der Richtungserkennung entkoppelt ist. Somit können für die Taster und auch Kontaktelemente Standardbauteile verwendet werden, wodurch das Bedienelement einfach im Aufbau und günstig in der Herstellung wird. Außerdem können der Schaltpunkt des Tasters und der Kontaktschluß der Kontaktelemente zeitversetzt stattfinden. Zweckmäßiger Weise sind die Kontaktelemente derart angeordnet, daß die Erkennung einer Schaltstellung bei einem kleineren Kippwinkel der Welle erfolgt als die Schaltfunktion des Tasters. Das macht die eigentliche Schaltfunktion des Bedienelements sicher.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Taster bei einer Schwenkbewegung des Betätigungsknopfes aus seiner Ausgangsstellung in eine Kontaktstellung entgegen der Rückstellkraft eines elastischen Elements niedergedrückt wird. Alternativ kann der Taster in der Ausgangsstellung des Betätigungsknopfes niedergedrückt sein und bei einer Schwenkbewegung des Betätigungsknopfes in eine Kontaktstellung freigegeben und durch ein dem Taster zugeordnetes elastisches Element angehoben werden. Wenn der Betätigungsknopf an dem Gehäuse durch wenigstens ein elastisches Element abgestützt und in seine Ausgangsstellung gedrückt wird, trägt das elastische Element zum haptischen Verhalten des Bedienelements bei, indem ein Druck- bzw. Ziehverhalten (push- bzw. pull-Funktion) erzeugt wird. Dabei ist es möglich, den Betätigungsknopf durch eine zentrale Feder an dem Gehäuse abzustützen, so daß der Betätigungsknopf mittels der Feder zentriert wird. Alternativ ist es möglich, mehrere kleinere Federn für jede Kipprichtung zu verwenden.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Betätigungsknopf an dem freien Ende einer Welle angeordnet ist, die in dem Gehäuse, der Konsole oder dergleichen schwenkbar gelagert ist. In diesem Fall kann der Taster demjenigen Ende der Welle zugeordnet sein, welches dem Betätigungsknopf gegenüberliegt, wobei dann das dem Betätigungsknopf gegenüberliegende Ende der Welle in zweckmäßiger Weise in direkten Kontakt mit dem Taster stehen kann. Alternativ ist es möglich, den Taster einem in Längsrichtung geführten Stößel zuzuordnen, der an seinem einen Ende den Taster kontaktiert und an seinem anderen Ende mit der Welle derart wirkverbunden ist, daß eine Schwenkbewegung der Welle in eine Axialbewegung des Stößels umgesetzt wird. Beispielsweise kann zwischen dem Taster und dem Stößel eine Kugel angeordnet sein, die in einer kegelförmigen Ausnehmung in der Stirnseite des Stößels gelagert ist.
  • In üblicher Weise sind an der Welle einerseits und dem Gehäuse andererseits Paare von zusammenwirkenden Kontaktelementen vorgesehen, wobei in jeder Kontaktstellung eines der Paare von Kontaktelementen zusammenwirkt, einen Kontakt zu geben. Dabei können als Kontaktelemente mechanische Kontakte oder optische oder magnetische Sensoren zum Einsatz kommen. Insbesondere ist es möglich, als Kontaktelemente druckempfindliche Folien auszubilden oder die Kontaktelemente stromleitend auszuführen, so daß bei einem Kontakt ein Stromkreis geschlossen wird.
    •
  • Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
  • 1a bis 1c in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements in seiner Ausgangsstellung sowie zwei Schaltstellungen,
  • 2a bis 2c in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements in seiner Ausgangsstellung sowie zwei Schaltstellungen,
  • 3 den Ausschnitt Z aus 2 in vergrößerter Darstellung,
  • 4 in schematischer Draufsicht den Kontaktbereich der Kontaktelemente eines erfindungsgemäßen Bedienelements,
  • 5a bis 5c in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements in seiner Ausgangsstellung sowie zwei Schaltstellungen,
  • 6a bis 6c in schematischer Darstellung eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements in seiner Ausgangsstellung und zwei Schaltstellungen, und
  • 7a bis 7d in schematischer Darstellung eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements in seiner Ausgangsstellung und zwei Schaltstellungen sowie den Kontaktbereich der Kontaktelemente des Bedienelements.
  • In den 1a bis 1c ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements 1 gezeigt, das beispielsweise in Fahrzeugen zum Einsatz kommt, um ein Navigationssystem, einen Bordcomputer oder dgl. zu steuern. Dabei zeigt die 1 das Bedienelement 1 in seiner Ausgangsstellung, während die 1b und 1c das Bedienelement 1 in zwei Schaltstellungen zeigen. Das Bedienelement 1 umfaßt ein Gehäuse 2 mit einer Grundplatte 3, Seitenelementen 4 und einer Deckelplatte 5, die hier als Leiterplatte ausgebildet ist. Zwischen der Grundplatte 2 und der Deckelplatte 5 ist eine Zwischenplatte 6 angeordnet.
  • Zu dem Bedienelement 1 gehört weiterhin eine in dem Gehäuse 2 angeordnete Welle 7, deren oberes Ende aus dem Gehäuse 2 herausragt und einen Betätigungsknopf 9 trägt. Die Welle 7 ist in dem Gehäuse 2 schwenkend gelagert, so daß sie zwischen der in 1a dargestellten aufrechten Ausgangsstellung und insgesamt vier Kontakt- oder Schaltstellungen nach rechts (1b), nach links (1c) sowie aus der Bildebene nach vorne und nach hinten verschwenkt werden kann. In ihre Ausgangsstellung wird die Welle 7 durch eine zentrale Schraubendruckfeder 8 gedrückt, die sich zwischen der Zwischenplatte 6 und einer an der Welle 7 angeordneten Kontaktplatte 10 abstützt, so daß die Kontaktplatte 10 gegen die Deckelplatte 5 gedrückt wird.
  • An der Kontaktplatte 10 und der Deckelplatte 5 sind insgesamt vier um 90° gegeneinander versetzt angeordnete Paare von Kontaktelementen 11, 12 vorgesehen, wobei jeweils ein Paar von Kontaktelementen 11, 12 einer der vier möglichen Schaltstellungen der Welle 7 zugeordnet ist und einen Kontakt herstellt, wenn die Schaltstellung erreicht ist.
  • An der Grundplatte 3 des Gehäuses 2 ist weiterhin ein Taster 13 vorgesehen, auf welchem die Welle 7 in ihrer Ausgangsstellung aufliegt. Der Taster 13 wird niedergedrückt, wenn die Welle 7 aus der Ausgangsstellung (siehe 1a) in eine ihrer Schalt- oder Kontaktstellungen (siehe 1b und 1c) verschwenkt wird. Der zentrale Taster 13 hat eine haptische Funktion, die zusammen mit der zentralen Feder 8 den haptischen Verlauf der Schwenkbewegung festlegt, und er bestimmt zudem den Schaltpunkt des Bedienelements 1. Konkret ist die Anordnung so getroffen, daß die Erkennung einer Schaltstellung bei einem kleineren Kippwinkel der Welle 7 und damit früher erfolgt als der Taster 13 schaltet. Hierdurch wird sichergestellt, daß ein bestimmter Schaltzustand immer allein durch den vom Taster 13 festgelegten Schaltpunkt bestimmt wird.
  • Bei der in den 1a bis 1c dargestellten Ausführungsform besitzt das Bedienelement 1 eine sogenannte Push-Funktion, d.h. die Welle 7 mit dem Betätigungsknopf 9 muß bei einer Schwenkbewegung aus ihrer Ausgangsstellung in eine ihrer Kontaktstellungen entgegen der Rückstellkraft der zentralen Feder 8 niedergedrückt werden. Wenn eine Push-Funktion nicht gewünscht ist, kann alternativ auch eine Pull-Funktion verwirklicht sein. Eine solche ist bei der in den 2a bis 2c dargestellten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements 1 verwirklicht, die einen ähnlichen Grundaufbau wie die erste Ausführungsform besitzt. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Welle 7 jedoch durch eine zentrale Druckfeder 8, die sich zwischen der Deckelplatte 5 des Gehäuses 2 und der an der Welle 7 vorgesehenen Kontaktplatte 10 abstützt, nach unten gegen die als Leiter platte ausgebildete Zwischenplatte 6 gedrückt. Dabei wird auch der an der Grundplatte 3 vorgesehene Taster 13 in der in 2a dargestellten Ausgangsstellung durch die Welle 7 niedergedrückt und erst bei einer Schwenkbewegung der Welle 7 in eine ihrer Kontakt- oder Schaltstellung freigegeben, so daß er aus der niedergedrückten Stellung durch ein im Taster 13 vorgesehenes Rückstellelement angehoben wird und schaltet. Bei der Schwenkbewegung der Welle 7 in eine Schaltstellung muß die Kontaktplatte 10 entgegen der Rückstellkraft der zentralen Feder 8 angehoben werden, wodurch die Pull-Funktion erzielt wird.
  • Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen wird eine Schaltrichtung erkannt, wenn ein Kontakt zwischen einem an der Kontaktplatte 10 vorgesehenen Kontaktelement 11 und einem entsprechenden Kontaktelement 12 an der Leiterplatte 5 bzw. 6 stattfindet (siehe 1b und 2c links, 1c und 2b rechts). Beispielsweise können die Kontaktelemente 11 oder 12 elektrisch leitend ausgebildet sein, so daß bei einem Kontakt ein elektrischer Stromkreis geschlossen wird. Alternativ ist es möglich, für die Kontaktelemente 11, 12 druckempfindliche Folien zu verwenden (Force Sensing Resistor FSR Technology).
  • Um exakte Schaltvorgänge zu ermöglichen, werden die Kontaktelemente 10 der Kontaktplatte 10 durch einen Ringsteg keilförmigen Querschnitts gebildet, der mit einer korrespondierenden, kreis- und V-förmigen Nut 14 der Leiterplatte 5, 6, in welcher an den geeigneten Umfangsabschnitten die vier leiterplattenseitigen Kontaktelemente 12 vorgesehen sind, in Eingriff steht, wie dies in den 3 und 4 gut erkennbar ist. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß in jeder Schaltstellung nur ein einziger mechanischer Kontaktpunkt zwischen dem keilförmigen Ringsteg der Kontaktplatte und der V-förmigen Nut 14 der Leiterplatte 5, 6 besteht und entsprechend die Kipprichtung zum Schaltpunkt, der durch den Taster 13 definiert ist, eindeutig bestimmt ist. Außerdem bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, daß die Kontaktplatte 10 und die Leiterplatte 5, 6 immer spielfrei zueinander ausgerichtet werden, wenn die Kontaktplatte 10 in der Ausgangsstellung der Welle 7 durch die zentrale Feder 8 gegen die Leiterplatte 5, 6 gedrückt wird. Die Anordnung erlaubt es daher, den Joystick in einem konischen Lager zu führen und damit jegliches Lagerspiel zu vermeiden.
  • Alternativ ist es möglich, berührungslos arbeitende Kontaktelemente einzusetzen. Bei der in den 5a bis 5c dargestellten dritten Ausführungsform werden beispielsweise für die Richtungserkennung optische Sensoren in Form von Gabellichtschranken 12 an der Leiterplatte 3 plaziert, deren Lichtweg durch ein Abschirmungselement 11, welches an der Kontaktplatte 10 der Welle 7 vorgesehen ist, beim Kippen in eine Schaltstellung unterbrochen wird, wodurch die Richtungserkennung erfolgt.
  • Die in den 6a bis 6c dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der in den 1a bis 1c dargestellten ersten Ausführungsform. Die Welle 7 ist hier über ein Kugelgelenk 15 an dem Gehäuse 2 schwenkend gelagert und sitzt mit ihrem unteren Ende auf einem Stößel 16 auf, welcher in dem Gehäuse längsverschieblich geführt ist und an seiner Unterseite den Taster 13 kontaktiert. Dabei sind die Welle 7 und der Stößel 16 über eine Kugel 17 miteinander gekoppelt, die in einer konusförmigen Ausnehmung in der oberen Stirnseite des Stößels 16 liegt. Bei einer Schwenkbewegung der Welle aus der in 6a dargestellten Ausgangsstellung in eine der in den 6b und 6c dargestellten Schaltstellung wird diese Schwenkbewegung über die Kugel 17 in eine Linearbewegung des Stößels 16 umgesetzt, so daß dieser niedergedrückt bzw. angehoben wird und den Taster 13 betätigt.
  • In den 7a bis 7d ist eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements dargestellt, welches ebenfalls der in den 1a bis 1c dargestellten ersten Ausführungsform im wesentlichen entspricht. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist hier lediglich die Welle 7 nicht bzw. nur ansatzförmig in Form eines elastischen Lagerstumpfes 18 ausgebildet, welcher an seiner Oberseite die Kontaktplatte 10 trägt, auf welcher wiederum der Betätigungsknopf 9 unmittelbar angebracht ist.

Claims (16)

  1. Bedienelement mit einem Betätigungsknopf (9), welcher in einem Gehäuse (2), einer Konsole oder dergleichen gelagert und zwischen einer Ausgangsstellung und mehreren Schalt- oder Kontaktstellungen schwenkend bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betätigungsknopf (9) ein zentraler, den Schaltpunkt des Bedienelements festlegender Taster (13) mit einer haptischen Funktion zugeordnet ist, welcher jedesmal betätigt wird, wenn der Betätigungsknopf (9) aus seiner Ausgangsstellung in Richtung einer Schalt- oder Kontaktstellung um einen vorgegebenen Winkel verschwenkt wird.
  2. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (13) bei einer Schwenkbewegung des Betätigungsknopfes (9) aus seiner Ausgangsstellung in eine Schalt- oder Kontaktstellung entgegen der Rückstellkraft eines dem Taster (13) zugeordneten elastischen Elements niedergedrückt wird.
  3. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (13) in der Ausgangsstellung des Betätigungsknopfes (9) niedergedrückt ist und bei einer Schwenkbewegung des Betätigungsknopfes (9) in eine Schaltoder Kontaktstellung freigegeben und durch ein dem Taster (13) zugeordnetes elastisches Element angehoben wird.
  4. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsknopf (9) an dem Gehäuse (2) durch wenigstens ein elastisches Element (8) abgestützt und in seine Ausgangsstellung gedrückt wird.
  5. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsknopf (9) an seinem freien Ende einer Welle (7) angebracht ist, die in dem Gehäuse (9) oder dergleichen schwenkbar gelagert ist.
  6. Bedienelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (13) demjenigen Ende der Welle (7) zugeordnet ist, welches dem Betätigungsknopf (9) gegenüberliegt.
  7. Bedienelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Betätigungsknopf (9) gegenüberliegende Ende der Welle (7) in direktem Kontakt mit dem Taster (13) steht.
  8. Bedienelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Taster (13) ein in Längsrichtung geführter Stößel (16) zugeordnet ist, der an seinem einen Ende den Taster (13) kontaktiert und an seinem anderen Ende mit der Welle (7) derart wirkverbunden ist, daß eine Schwenkbewegung der Welle (7) in eine Axialbewegung des Stößels (16) umgesetzt wird.
  9. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (7)/dem Betätigungsknopf (9) einerseits und dem Gehäuse (2) andererseits Paare von zusammenwirkenden Kontaktelementen (11, 12) vorgesehen sind, wobei in jeder Kontaktstellung eines der Paare von Kontaktelementen (11, 12) zusammenwirkt, um einen Kontakt zu geben.
  10. Bedienelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 12) als druckempfindliche Folien ausgebildet sind.
  11. Bedienelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 12) stromleitend ausgeführt sind und bei einem Kontakt ein Stromkreis geschlossen wird.
  12. Bedienelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 12) als optische oder magnetische Sensoren ausgebildet sind.
  13. Bedienelement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 12) einerseits an einer Auflagefläche in Form einer kreis- und V-förmigen Nut (14) und andererseits an einem in die Nut (14) eingreifenden, keilförmigen Ring (11) ausgebildet sind.
  14. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 12) derart angeordnet sind, daß die Erkennung einer Schaltstellung bei einem kleineren Kippwinkel des Betätigungsknopfes (9) erfolgt als die Schaltfunktion des Tasters (13).
  15. Bedienelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (7) in dem Gehäuse (2) durch ein Kugellager (15) gehalten ist.
  16. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsknopf (9) aus seiner Ausgangslage axial bewegbar ist, um den Taster (13) zu betätigen.
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