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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehsteller, insbesondere für elektrische oder elektronische Geräte in einem Kraftfahrzeug, mit einem Grundkörper und mit einem gegenüber dem Grundkörper drehbeweglichen Stellring und mit einer mittels eines Aktuators steuerbaren Verriegelungsvorrichtung, welche in einer Stellung des Aktuators die Drehbeweglichkeit des Stellrings gegenüber dem Grundkörper einschränkt.
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Ein solcher Drehsteller dient als Stelleinrichtung bei einer, vorzugsweise menügeführten Bedienvorrichtung. Wird in einer Menüauswahl eine Stellgröße ausgewählt, so kann der der Stellgröße momentan zugewiesene Wert durch den Drehsteller geändert werden. Weiterhin kann der Drehsteller auch zur Auswahl eines diskreten Wertes aus einer Wertetabelle vorgesehen sein, beispielsweise zur Auswahl eines Reiseziels aus der Städteliste eines Navigationssystems. Für eine komfortable Beeinflussung einer Stellgröße ist es für den Bediener insbesondere wichtig zu wissen, wann er den Anfang oder das Ende des zur jeweiligen Stellgröße gehörenden Stellbereichs oder den Anfang oder das Ende der Wertetabelle erreicht hat, d. h. wann eine weitere Betätigung des Drehstellers keine weitere Änderung des Auswahlwertes bewirken wird.
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Um den Fahrer eines Kraftfahrzeug nicht unnötig, beispielsweise durch eine optische Signalisierung des Erreichens eines Stellbereichendes abzulenken, erfolgt hierzu eine haptische Signalisierung direkt am Drehsteller. Befindet sich der Drehsteller am Ende eines Stellbereichs, so wird eine weitere Bewegung in Richtung auf die Stellbereichsgrenze hin blockiert, während eine Bewegung von der Stellbereichsgrenze weg weiterhin möglich bleibt. Die Blockierung des Drehstellers kann mittels einer elektromechanisch angetriebenen Sperre erfolgen.
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Ein derartiger Drehsteller ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2005 001 560 A1 beschrieben. Der Aktuator ist hier als Hubankermagnet und die Verriegelungsvorrichtung als eine durch den Hubankermagneten betätigte Sperrklinke ausgebildet, die beim Erreichen des Ende eines vorgegebenen Stellbereichs eine weitere Betätigung des Drehsteller in die momentane Drehrichtung blockiert. Dem Benutzer des Drehstellers werden so virtuelle Endanschläge vorgegeben. Da durch ein Einrasten der Sperrklinke in die Sperraufnahmen zunächst beide Drehrichtungen des Drehstellers blockiert sind, ist es wesentlich, daß eine Umkehrung der Drehrichtung schnell erkannt werden kann, damit eine Verstellung weg von dem virtuellen Endanschlag möglich ist. Um eine schnell erfolgende Drehrichtungsumkehr innerhalb des durch die Breite der Sperraufnahme vorgegebenen Stellbereichs zu erkennen, ist eine relativ hochauflösender Drehrichtungssensorik erforderlich. In der DE 10 2005 001 560 A1 wird hierzu eine Gabellichtschranke mit einer entlang der Umfangsrichtung eines Stellrings angeordneten Zahnreihe vorgeschlagen. Aufgrund des erforderlichen hohen Auflösungsvermögens ist eine derartige Drehrichtungssensorik relativ aufwendig.
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Ein weiterer Drehsteller für elektrische oder elektronische Geräte ist aus der
DE 198 24 149 A1 bekannt. In dieser Schrift wird vorgeschlagen, daß die Verriegelungsvorrichtung mindestens eine steuerbare Klinkenanordnung aufweist, die mit entlang des Umfangs des Stellrings umlaufend angeordneten Rastmitteln zusammenwirkt, um Endanschläge zu simulieren. In der DE 198 24 149 A1 nicht gelöst ist das Problem, wie eine steuerbare Klinkenanordnung auf vorteilhafte Weise konstruktiv ausgeführt werden kann und zwar insbesondere bei einem Drehsteller, der einen besonders kleinbauenden Stellring aufweisen soll und daher nur wenig Bauraum für eine steuerbare Klinkenanordnung zur Verfügung stellt.
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Aus der
EP 1 484 661 A1 ist ein Inkrementaldrehgeber bekannt, bei dem ein Aktuator über einen Hebel einen Riegel gegen die Zähne auf der Kreisringfläche eines Zahnringes fahren kann, wobei die Zähne entweder eine Rechtssteigung oder eine Linkssteigung aufweisen können. Der Riegel kann somit genau eine Drehrichtung blockieren. Soll wahlweise die eine oder die andere der beiden Drehrichtungen verriegelbar sein, so werden zwei Verriegelungsvorrichtungen benötigt, die jeweils einen eigenen Aktuator aufweisen. Hierdurch entsteht ein relativ hoher Kostenaufwand. Auch ist der Platzbedarf für die Verriegelungsvorrichtung, die unterhalb des Zahnrings angeordnet ist, relativ groß.
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Es stellte sich die Aufgabe, einen Drehsteller zu schaffen, der eine richtungsselektive Drehsperre aufweist, die in einer vorgebbaren Sperrrichtung wirksam blockiert und ein ungehindertes Drehen eines Betätigungselementes in die Nichtsperrrichtung ermöglicht und der besonders einfach, kostengünstig und kleinbauend ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verriegelungsvorrichtung mindestens einen elektromechanisch angetriebenen, schiebergeführten Sperrbolzen aufweist, der selektiv in die Bewegungsbahn eines rechtsdrehend oder linksdrehend sperrend wirkenden Sperrringes eingefahren werden kann, und der mit einer Sperrverzahnung an der Innenseite des Sperrringes zusammenwirkt.
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Der erfindungsgemäße Drehsteller zeichnet sich durch einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau aus. Insbesondere werden keine hochauflösenden Drehsensoren benötigt. Vorteilhaft ist, daß sich die Komponenten des Drehstellers, wie das nachfolgend in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, sehr kompakt zusammenfügbar sind, wodurch der Drehsteller sehr kleinbauend ausführbar ist. Dies wird besonders dadurch erreicht, dass die Sperrverzahnung des mindestens einen Sperrrings an der Innenseite, also an der inneren Umfangsfläche des Sperrrings angebracht ist. Hierdurch kann die Verriegelungsvorrichtung innerhalb des Sperrrings angeordnet sein, was einen besonders kompakten Aufbau ermöglicht. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird für die wahlweise Sperrung jeweils einer der beiden Drehrichtungen nur ein einziger Aktuator benötigt.
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Vorteilhaft ist zudem, daß die Reaktionszeit des Aktuators sehr viel größer sein darf als bei dem in der
DE 10 2005 001 560 A1 beschriebenen Drehsteller. Ein relativ schnelles Ansprechen des Aktuators ist zudem nur beim Erreichen eines der virtuellen Endanschläge erforderlich. Die Stellgeschwindigkeit des Aktuator bei Verlassen der Endanschläge in der erlaubten Drehrichtung ist dagegen unkritisch und darf sehr gering sein.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehstellers anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigen
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1 die Betätigungsmechanik eines Drehstellers,
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2 eine Verriegelungsvorrichtung innerhalb eines Stellrings,
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3 die Verriegelungsvorrichtung mit freigegebenen Sperrringen,
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4 die Verriegelungsvorrichtung in einer ersten Verriegelungsposition,
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5 die Verriegelungsvorrichtung in einer zweiten Verriegelungsposition,
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6 eine besonders vorteilhafte Ausführung eines Sperrbolzens und eines Sperrrings.
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Die 1 zeigt die Betätigungsmechanik eines erfindungsgemäßen Drehstellers. Diese besteht aus einem Elektromotor (2), der an einem nicht dargestellten feststehenden Tragekörper angeordnet ist und einem darauf drehfest angebrachten Grundkörper (1), der insbesondere eine Rastvorrichtung (3) und eine Verriegelungsvorrichtung (4) ausbildet. In der 1 nicht dargestellt ist ein Stellring, der mit einem Rastring und mehreren Sperrringen verbunden ist, und der im montierten Zustand die dargestellte Anordnung aus Rastvorrichtung und Verriegelungsvorrichtung umschließt.
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Die Rastvorrichtung besteht aus zwei federbelasteten Rastbolzen (7), die innerhalb einer Führung des Grundkörpers (1) angeordnet sind. Ein kegelförmiger Endabschnitt eines Rastbolzens (7) ist in der 1 erkennbar. Des weiteren sind an dem Grundkörper (1) zwei gegeneinander bewegliche Schieber (10a, 10b) angeordnet, die jeweils an ihren Endabschnitten einen federbelasteten Sperrbolzen (9a, 9b) lagern. Als Antrieb für die beiden Schieber (10a, 10b) dient der Elektromotor (2).
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Die Anordnung von Rastbolzen (7a, 7b) und Sperrbolzen (9a ... d) innerhalb eines Stellrings (5) ist in der 2 verdeutlicht. Der Stellring (5) bildet einstückig einen Rastring (6) und zwei Sperrringe (8a, 8b) aus, die übereinanderliegend angeordnet sind, und von denen jeder entlang seines inneren Umfangs eine angeformte Verzahnung (15, 16a, 16b) aufweist.
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Die mit Federn (11a, 11b) belasteten Rastbolzen (7a, 7b) wirken mit dem Rastring (6) zusammen, in dem kegelförmige Endabschnitte der Rastbolzen (7a, 7b) in die in den Rastring (6) eingeformte Rastverzahnung (15) eingreifen. Die Rastverzahnung (15) weist symmetrisch ausgebildete Rastflächen aus, das heißt, die einzelnen Rastaufnahmen der Rastverzahnung (15) haben etwa die Form eines offenen gleichschenkligen Dreiecks, wobei die „Spitzen” dieser Dreiecke vorzugsweise abgerundet ausgebildet sind.
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Wie die 2 weiter zeigt, rasten die beiden Rastbolzen (7a, 7b) in einander am inneren Umfang des Rastrings (6) gegenüberliegende Rastaufnahmen ein. Bei einer Drehung des Stellrings (5) und einer damit verbundenen Drehung des Rastrings (6), werden die Federn der Rastbolzen (7a, 7b) zusammengepreßt, bis die Rastbolzen (7a, 7b) in benachbart angeordneten Rastaufnahmen übergleiten. Durch die bezüglich der beiden Drehrichtungen symmetrische Ausgestaltung der Rastverzahnung (15), ergibt sich für beide Drehrichtungen eine gleichartige Betätigungshaptik.
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Die in den beiden Schiebern (10a, 10b) gelagerten federbelasteten Sperrbolzen (9a, 9b) wirken mit dem ersten und dem zweiten Sperrring (8a, 8b) zusammen. Dabei wirkt jeweils ein erster Sperrbolzen (9a, 9d) jedes Schiebers (10a, 10b) mit dem ersten Sperrring (8a) und jeweils ein zweiter Sperrbolzen (9b, 9c) jedes Schiebers (10a, 10b) mit dem zweiten Sperrring (8b) zusammen. Die Schieber (10a, 10b) mit den Sperrbolzen (9a ... d) haben die Funktion, je nach Positionierung relativ zu den Sperrringen (8a, 8b), entweder eine ungestörte Drehung des Stellrings (5) in beide Drehrichtungen zu ermöglichen, oder aber, nur die Drehung des Stellrings (5) in jeweils eine Drehrichtung zuzulassen und dabei eine Betätigung in die entgegengesetzte Drehrichtung zu blockieren.
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Die genaue Funktionsweise der auf die Sperrringe (8a, 8b) wirkenden Schieber (10a, 10b) und Sperrbolzen (9a ... d) soll im folgenden anhand der 3 bis 5 erläutert werden. Diese Figuren zeigen, umgekehrt zur Darstellung der 2, eine Ansicht von unten auf die Anordnung von Schiebern (10a, 10b) und Sperrringen (8a, 8b), wobei hier auf eine Darstellung der Ebene aus Rastring und Rastbolzen verzichtet wurde. Die im folgenden genannten Positionsangaben (oben, unten, Uhrzeigersinn, Gegenuhrzeigersinn usw.) beziehen sich ausschließlich auf die Darstellung in den 3 bis 5.
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Wie die 3 zeigt, weisen die Innenseiten der beiden Sperrringe (8a, 8b) jeweils eine sägezahnförmige Sperrverzahnung (16a, 16b) auf, wobei die Sägezahnflanken in den beiden Sperrringen (8a, 8b) zueinander gegenläufig ausgerichtet sind.
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Jeder Schieber (10a, 10b) besitzt zwei federbelastete Sperrbolzen (9a ... d), deren Endabschnitte abgeschrägte Stirnflächen (17a ... d) aufweisen, die paßgenau zu den Sperrverzahnungen (16a, 16b) der mit den jeweiligen Sperrbolzen (9a, 9d bzw. 9b, 9c) zusammenwirkenden Sperrringe (8a, 8b) ausgebildet sind.
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Jeder Schieber (10a, 10b) weist einstückig zudem einen angeformten Zahnstangenabschnitt (13a, 13b) auf, dessen Zahnung im Eingriff mit einem Zahnrad (14) steht, das durch einen Aktuator, hier speziell durch den in der 1 dargestellten Elektromotor (2), antreibbar ist. Die beiden Schieber (10a, 10b) sind dadurch gegenläufig gegeneinander verfahrbar.
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Die 3 zeigt die beiden Schieber (10a, 10b) in ihrer Neutralstellung. Hierbei sind beide Schieber (10a, 10b) entlang ihrer gesamten axialen Erstreckung einander gegenüberstehend angeordnet und genau mittig zwischen den Sperrringen (8a, 8b) angeordnet. In dieser Stellung der Schieber (10a, 10b) greift keiner der Sperrbolzen (9a ... d) in eine der Sperrverzahnungen (16a, 16b) ein, wodurch eine ungestörte Drehung des mit den Sperrringen (8a, 8b) verbundenen Stellrings (5) gewährleistet ist.
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4 zeigt die beiden Schieber (10a, 10b) in einer ersten betätigten Stellung. Ausgehend von der in der 3 gezeigten Neutralstellung, sind die beiden Schieber (10a, 10b) durch etwa eine Vierteldrehung des Zahnrads (14) gegeneinander verschoben. Hierdurch gelangt jeweils ein Sperrbolzen (9b, 9c) in Eingriff mit der Sperrverzahnung (16b) des oberen Sperrrings (8b).
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Die Sperrverzahnung (16b) des oberen Sperrrings (8b) bildet sägezahnförmige Sperraufnahmen aus, bei denen entlang des inneren Umfangs des Sperrrings (8b) die steile Flanke des Sägezahns im Uhrzeigersinn auf die zugehörige schräg ansteigende Flanke folgt. Die an Seitenflächen der Sperrbolzen (9b, 9c) anliegenden steilen Flanken der Sägezahnkontur blockieren daher eine Drehung des Stellrings (5) im Gegenuhrzeigersinn.
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Eine Drehung des Stellrings (5) im Uhrzeigersinn ist weiterhin möglich, wie die 5 verdeutlicht. Bei einer Rechtsdrehung des Stellrings (5) gleiten die abgeschrägten Stirnflächen (17b, 17c) der Sperrbolzen (9b, 9c) entlang der schrägen Flanken der Sägezahnkontur, wobei die Sperrbolzen (9b, 9c) entgegen der Federkraft der im Inneren der Schieber (10a, 10b) angeordneten Federn (12b, 12c) verschoben werden. Beim Weiterdrehen des Stellrings (5) rasten die Sperrbolzen (9b, 9c) in die benachbarten Ausnehmungen der Sägezahnkontur ein. Da in dieser Stellung der Drehsteller im allgemeinen bereits den zu einem Endanschlag gehörenden Wert hinter sich gelassen hat, kann der Aktuator in dieser Stellung die Schieber (10a, 10b) bereits in die Neutralstellung, die in der 3 dargestellt ist, zurückfahren. Dieses Zurückfahren ist allerdings nicht zeitkritisch, da eine Bewegung des Drehstellers in einer „erlaubten” Richtung, also von einem Endanschlag weg, jederzeit möglich ist.
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Da das Rastgefühl des Drehstellers durch die in die Rastverzahnung (15) des Rastrings (6) eingreifenden Rastbolzens (7a, 7b) erzeugt wird, ist die Erzeugung einer zusätzlichen Rastwirkung durch die Sperrbolzen (9a ... d) und die Sperrverzahnung (16a, 16b) im allgemeinen nicht vorgesehen. Daher ist es vorteilhaft, wenn die die Sperrbolzen (9a ... d) belastenden Federn (12b, 12c) relativ schwach ausgebildet sind, um eine Drehung in eine „erlaubte” Drehrichtung möglichst wenig zu beeinflussen.
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Ausreichend ist es, wenn die Federn (12b, 12c) gerade stark genug dimensioniert sind, daß sie nach einer Verschiebung eines Sperrbolzen (9a ... d) durch Gleiten entlang einer schrägen Sägezahnflanke, die Sperrbolzen (9a ... d) gerade sicher wieder gegen die Sperrverzahnung (16b) bewegen.
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Die Sperrung einer Drehung des Stellrings (5) im Uhrzeigersinn, bei erlaubter Drehmöglichkeit im Gegenuhrzeigersinn, wird entsprechend durch ein Zusammenwirken des zweiten Paares von Sperrbolzen (9a, 9d) mit der unteren Sperrverzahnung (16a) erzielt.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsvariante eines Sperrbolzens (9) und eines Sperrrings (8) ist in der 6 dargestellt. Der Sperrbolzen (9) weist hier an einer Seitenfläche einen abgeschrägten Bereich (20) auf, der an einer genau parallel dazu ausgerichteten, sperrend wirkenden Flanke (21) der Sägezahnkontur des Sperrrings (8) zur Anlage kommt. Die sperrend wirkenden Flanken (21) sind hier somit flacher ausgerichtet als die sperrend wirkenden steilen Flanken (18b, 18c) in dem Ausführungsbeispiel, das in den 2 bis 5 dargestellt ist.
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Der an der Sägezahnkontur des Sperrrings (8) anliegende abgeschrägte Bereich (20) wirkt bei einer Betätigung des Stellrings im Uhrzeigersinn bei normalen Betätigungskräften sperrend; bei sehr hohen Betätigungskräften vermag der abgeschrägte Bereich (20) allerdings auf der ansonsten sperrend wirkenden Flanke (21) abzugleiten, wobei sich der Sperrbolzen (9) analog zur Bewegung in der freigegebenen Betätigungsrichtung gegen die Kraft der zugehörigen Feder (11) verschiebt.
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Hierdurch wird auf einfache Weise ein Überdrehschutz geschaffen, der die Betätigungsmechanik des Drehsteller bei einer gewaltsamen Betätigung in einer gesperrten Richtung vor einer Zerstörung schützt.
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Der vorgeschlagene Drehsteller zeichnet sich durch einen besonders einfachen, kostengünstigen und kompakten Aufbau aus, insbesondere da keine besonders hohen Anforderungen an die Reaktionsgeschwindigkeit des Aktuators gestellt werden und insbesondere auch keine speziellen Drehsensoren für eine schnelle Freigabe des Drehstellers bei einer „erlaubten” Drehung, weg von einem Endanschlag benötigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Elektromotor
- 3
- Rastvorrichtung
- 4
- Verriegelungsvorrichtung
- 5
- Stellring
- 6
- Rastring
- 7, 7a, 7b
- Rastbolzen
- 8, 8a, 8b
- Sperrringe
- 9, 9a ... d
- Sperrbolzen
- 10a, 10b
- Schieber
- 11, 11a, 11b
- Federn (an den Rastbolzen)
- 12b, 12c
- Federn (an den Sperrbolzen)
- 13a, 13b
- Zahnstangenabschnitte
- 14
- Zahnrad
- 15
- Rastverzahnung
- 16a, 16b
- Sperrverzahnung
- 17a ... d
- abgeschrägte Stirnflächen
- 18b, 18c
- steile Flanke
- 19b, 19c
- schräge Flanke
- 20
- abgeschrägter Bereich
- 21
- sperrend wirkende Flanke
