DE102006028031A1

DE102006028031A1 - Bedienelement zur manuellen Eingabe von Steuersignalen

Info

Publication number: DE102006028031A1
Application number: DE102006028031A
Authority: DE
Inventors: Anton Rüttiger
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-20
Also published as: WO2007144076A1; EP2027439A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement (1, 11) für ein Kraftfahrzeug mit einem drehbar gelagerten Stellglied, einem mit dem Stellglied zusammenwirkenden, signalgebenden Dauermagneten, einer nach einem magnetoelektrischen Prinzip arbeitenden Drehwinkelerfassungseinrichtung zur Erfassung der Winkelstellungen und Drehbewegungen des Stellgliedes und einer nachgeschalteten Auswerteeinheit (7), wobei zur Drehwinkelerfassung der Permanentmagnete (4, 5, 12, 13, 14) drehfest am Stellglied befestigt ist, wobei die Feldlinien des Permanentmagneten (4, 5, 12, 13, 14) unmittelbar mittels stationär im Bedienelement (1, 11) befestigten, Feldlinienrichtungen auswertenden Sensors (7) ausgewertet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug mit einem drehbar gelagerten Stellglied, einem mit dem Stellglied zusammenwirkenden, signalgebenden Dauermagneten, einer nach einem magnetoelektrischen Prinzip arbeitenden Drehwinkelerfassungseinrichtung, zur Erfassung der Winkelstellungen und Drehbewegungen des Stellgliedes und einer nachgeschalteten Auswerteeinheit.
Um die Drehbewegungen eines Stellgliedes einer Bedieneinrichtung in einem Kraftfahrzeug auszuwerten, sind verschiedenste Auswerteverfahren bekannt. Ausgewertet wird hierbei beispielsweise die Verstellung der Lautstärke eines Rundfunkempfängers, die Verstellung eines Gebläses, die Temperatur einer Sitzheizung und vergleichbares. Da in modernen Kraftfahrzeugen Stellglieder in Bedieneinrichtungen vielfach mit der Verstellung unterschiedlichster Funktionen belegbar sind, werden Auswerteeinrichtungen zur Ermittlung der Winkel und Drehbewegungen der Stellglieder bevorzugt, die auf einem elektrischen Prinzip basieren. Hierdurch ist es möglich, alleine die Winkelstellungen und Drehbewegungen des Stellgliedes aufzunehmen ohne an fest vorgegebene mechanische Einrichtungen im Bedienelement gebunden zu sein.
Eine gattungsbildende Bedieneinrichtung zur manuellen Eingabe von Steuersignalen an eine Auswerteeinheit ist in der DE 199 06 535 A1 beschrieben. In dieser Bedieneinrichtung ist als Handhabe für ein Stellglied ein Drehknopf vorgesehen. Hierbei werden bestimmte Drehwinkel des Stellgliedes einzelne Funktionen eines Menüs zugeordnet, so dass eine entsprechende Menüpunkt- bzw. Funktionsanwahl durch Drehen des Stellgliedes erfolgt. Die Bestimmung der Stellgliedposition erfolgt hierbei mit einem elektromagnetisch arbeitenden Wandler. Beschrieben ein nach einem magnetoelektrischen Prinzip arbeitendes Wandlermodul, wobei dem Stellglied ein signalgebender Dauermagnet zugeordnet ist. Ausgangsseitig ist das Wandlermodul an den Eingang eines Controllers, etwa eines Mikroprozessors angeschlossen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die erfindungsgemäße Aufgabe, ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug zu entwickeln, dass eine präzise Auswertung der Drehbewegungen und Winkelstellungen eines Stellgliedes ermöglicht, das konstruktiv einfach aufgebaut ist, das kostengünstig zu fertigen ist und das es darüber hinaus erlaubt, Taster, Lichtleitelemente oder statisch zu positionierende Elemente im Inneren des Stellgliedes der Bedieneinrichtung anzuordnen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Drehwinkelerfassung der Permanentmagnet drehfest am Stellglied befestigt ist, wobei die Feldlinien des Permanentmagneten unmittelbar mittels eines stationär im Bedienelement befestigten, Feldlinienrichtungen auswertenden Sensor ausgewertet werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Bedienelementes, dass beispielsweise ein Drehknopf in einem Klimabediengerät ist, ist nun die Möglichkeit geschaffen, ein berührungslos arbeitendes System bereitzustellen, dass eine präzise Auswertung der Winkelstellungen und Drehbewegungen des Stellgliedes erfasst und einer nachgeschalteten oder integrierten Schaltung zur Auswertung bereitgestellt ist. Der am Stellglied befestigte Permanentmagnet bewegt sich hierbei kreisförmig über dem Feldlinienrichtungen auswertenden Sensor, der auf einer im Bedienelement angeordneten Leiterplatte befestigt ist. Durch die Befestigung eines Permanentmagneten oder eines Permanentmagnetenrings am Stellglied ist es erfindungsgemäß möglich, dass Stellglied hohl auszubilden und im Inneren des Stellgliedes beispielsweise einen Taster, der durch eine im Stellglied befindliche Taste betätigbar ist, oder beispielsweise ein Lichtleitelement zur Hinterleuchtung des Stellgliedes zu befestigen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung sind mindestens zwei Permanentmagnete mit unterschiedlicher Polarisierung auf einem Durchmesser und mit unterschiedlicher Polarisierung in Bezug auf den auswertenden Sensor am Stellglied des Bedienelementes befestigt. Wird nun das Stellglied um einen Winkel verdreht, so ist der Feldlinienrichtungen auswertende Sensor in der Lage, diese Drehbewegung zu detektieren und in einem nachgeschalteten Mikroprozessor zum Beispiel anhand von fest hinterlegten Kennlinien auszuwerten. In vorteilhafterweise wer den die mindestens zwei Permanentmagnete an einem Eisenring am Stellglied befestigt. Hierbei sind die Permanentmagnete fest mit dem Eisenring mittels Formschluß oder kraftschlüssig verbunden.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Erfindung, wird die integrierte Schaltung zur Drehauswertung deren Teil der Sensor ist auf die Rückseite, d.h. der dem Stellglied gegenüberliegende Seite einer Leiterplatte befestigt. Hierdurch wird der erfindungsgemäße Vorteil erzielt, dass zum Beispiel ein Taster oder ein Leuchtmittel mittig unterhalb des Stellgliedes auf der Leiterplatte befestigbar ist. Dies ist zum Beispiel dann vorteilhaft, wenn das Stellglied ein Drehsteller mit integrierter Taste ist. In diesem Fall, ist mittels des Tasters das Tastelement auf der Leiterplatte mittig betätigbar. Aber auch ein auf der Leiterplatte angeordnetes Leuchtmittel ist zur gleichmäßigen Ausleuchtung des Stellgliedes bzw. eines Drehstellers mittig unterhalb des Stellgliedes auf der Leiterplatte befestigbar.
Ein wesentliches Element zur Verbesserung der Auswertung der Drehbewegungen des Stellgliedes mit einer auf der dem Stellglied gegenüberliegenden Seite angeordneten integrierten Schaltungen zur Drehauswertung ist der Einsatz eines feststehenden Metallgitters. Das Metallgitter ist hierbei als Stanzteil aus einem Blech herstellbar. Das Metallgitter verstärkt antennenartig die durch die Permanentmagnete erzeugten Feldlinien und leitet sie gerichtet in Richtung des Sensors. Hierbei ist es vorstellbar, das Metallgitter aus feststehenden Stäben, die sich radial und strahlenartig vom Sensor in Richtung der Permanentmagnete erstrecken auszubilden. In einer bevorzugten Ausführungsvariante besitzt der Eisenring einen mittleren Durchmesser von 26 mm an den etwa 10 mm hohe Permanentmagnete befestigt sind. Das Metallgitter besitzt in einem Ausführungsbeispiel etwa 40 über den Umfang verteilte gleichmäßige sich radial nach außen verbreiternde Stäbe. An dem rotierenden Eisenring werden zwei diametral angeordnete Permanentmagnete befestigt. Die Feldlinien dieser Permanentmagnete durchdringen die jeweils unter diesem Permanentmagneten stehenden Stäbe, die auch als Lamellen bezeichenbar sind, des Metallgitters. Diese Lamellen, jeweils die beiden diametral gegenüberliegenden, transportieren die Feldlinien zur integrierten Schaltung mit dem Sensor zur Erfassung der Feldlinienrichtungen. Hierbei ist es zweckmäßig und vorteilhaft, die Größe der Permanentmagnete an die Größe der Lamellen des Metallgitters anzupassen, so dass ein Permanentmagnet in etwa der Breite der Lamelle am äußeren Umfang entspricht. Zur genaueren Auswertung sind die Lamellen beabstandet zueinander am Umfang regelmäßig verteilt.
Erfindungsgemäß ist es ebenfalls vorstellbar nicht nur einzelne Lamellen am Umfang zu befestigen sondern sich verzweigende Metallgitter am Sensor anzuordnen, wobei sich die einzelnen Metallgitter ausgehend von dem mittig angeordneten Sensor radial nach außen hin verzweigen und beispielsweise in einer Y-Form nach außen unterhalb der Permanentmagnete erstrecken. In diesem Ausführungsfall, ist es zweckmäßig, einen Permanentmagnetring am Stellglied zu befestigen. Hierbei besteht der Permanentmagnet aus einem mit zwei Polen versehenen Metallring, der am Stellglied drehfest befestigt ist. Durch die Bewegung des Permanentmagnetring der wiederum fest mit dem Eisenring verbunden ist, und der sich verzweigenden Metallgitter ist wiederum eine sehr präzise Auswertung der Drehbewegungen des Stellgliedes ermöglicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen an Prinzipsskizzen näher erläutert. Es zeigt
1 einen Schnitt durch den unteren Teil eines erfindungsgemäß ausgestatteten Bedienelementes in der Seitenansicht, sowie Detailansichten,
2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bedienteil mit erfindungsgemäßer Drehwinkelerfassung in der Seitenansicht sowie Detailansichten und
3 eine weitere Ausführungsform im seitlichen Schnitt mit Detailansichten.
Die drei Figuren zur Beschreibung zeigen jeweils in ihrem oberen Bild einen Schnitt durch den unteren Teil eines Bedieneinrichtung 1 unterhalb des Stellgliedes im Bereich der Leiterplatte 2 der am Stellglied befestigte Eisenring 3 trägt die Permanentmagnete 4, 5, die wiederum mit dem Metallgitter zusammenwirken. Die Metallgitter sind winkelförmig und als separate Lamellen 6 ausgebildet und erstrecken sich vom unteren Ende der Permanentmagnete 4, 5 durch die Leiterplatte 2 bis zur mit dem Sensor 7 versehenen integrierten Schaltungen zur Drehauswertung. Im Inneren 8 des Eisenrings 3 und somit des Stellgliedes zwischen den Permanentmagneten 4, 5 sind Bauteile 9 befestigbar, die beispielsweise ein Leuchtmittel, Lichtleitelemente, Taster oder vergleichbares zur Hinterleuchtung oder Ausleuchtung oder Projizierung der Rückseite des Stellgliedes einsetzbar sind. Das Stellglied und somit der Eisenring 3 und die Permanentmagnete 4, 5 sind in Richtung des Pfeils P drehbar. Die in das obere Bild der 1 eingetragenen Masse in mm geben bevorzugte Größen, die aber nicht beschränkend sind vor.
Das mittlere Bild der 1 zeigt eine Detailansicht und insbesondere eine Draufsicht auf den Eisenring 3 und die Leiterplatte 2. Das mittlere Bild zeigt hierbei den einteilig oder zweiteilig aufgebauten Eisenring 3 und die unterhalb des Eisenrings 3 befestigten Permanentmagnete, die diametral auf dem Eisenring 3 befestigt sind. Wie im oberen Bild der 1 ersichtlich, sind die Permanentmagnete 4, 5 derart am Eisenring 3 befestigt, dass sie in Richtung der Lamellen 6 eine unterschiedliche Polarität aufweisen. Diese unterschiedliche Polarität ist über den Sensor 7 und einen in die integrierte Schaltung integrierter Mikroprozessor mit beispielsweise hinterlegten Kennlinien auswertbar. Das untere Bild der 3 zeigt eine Ansicht auf den Sensor 7 auf die Unterseite der Leiterplatte 2. Wie aus dem unteren Bild ersichtlich, stimmen die Abmaße der Permanentmagnete 4, 5 mit den äußeren Breiten der Lamellen 6 überein, so dass eine eindeutige Zuordnung der Feldlinien der Permanentmagnete 4, 5 zu den Lamellen 6 herstellbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Lamellen 6 strahlenförmig und verbreiternd vom Sensor radial nach außen in Richtung der Permanentmagnete 4, 5. Wird nun das Stellglied in Richtung des Pfeils P bewegt, so bewegt sich der Eisenring 3 und die an dem Eisenring befestigten Permanentmagnete 4, 5 über die Enden der Lamellen 10. Die Feldlinien der Permanentmagnete 4, 5 werden durch die Enden 10 der Lamellen 6 zum Sensor 7 geleitet und stehen dort zur Auswertung bereit. Durch die Lamellen 6 wird die Drehbewegung des Stellgliedes präzise auswertbar und es ist erfindungsgemäß der Vorteil gegeben, dass nebst der berührungslosen Drehrichtungs- und Verdrehwinkelerkennung im Inneren des Stellgliedes auf der Leiterplatte 2 Bauteile 9 applizierbar sind.
Die 2 zeigt gleichfalls einen seitlichen Schnitt durch das untere Teil eines erfindungsgemäßen Bedienelementes 11, wobei lediglich die erfindungswesentlichen Bauteile in ihrer Anordnung wiedergeben sind. Über der Leiterplatte 2 ist ein zweigeteilter Permanentmagnetring 12 im Bedienelement 11 drehbar am Stellglied befestigt und gehalten. Hierbei bleibt anzumerken, dass zur Erhaltung der Übersichtlichkeit gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen wurden. Die in die Zeichnung eingetragenen Masse geben eine bevorzugte Größenordnung an, die aber nicht einschränkend und für die Erfindung wesentlich ist. Wesentlich ist die erforderliche Feldstärke an der Oberfläche der integrierten Schaltung 7 bzw. am Sensor der integrierten Schaltung (Sensor-IC). Die Feldlinien müssen hier horizontal durch den Sensor-IC verlaufen. Die hierfür erforderliche Feldstärke an der Sensor-IC-Oberfläche beträgt > 30 kA/m bei einem Abstand von < 2 mm. Die Betriebstemperatur des Sensors liegt zwischen –40°C und +85°C.
Der in der 2 dargestellte Permanentmagnet 12 besteht aus zwei Hälften 13, 14 die unterschiedlich polarisiert sind. Bei einer Drehung des Stellgliedes und somit des Eisenrings und dem am Eisenring befestigten Permanentmagnetring ist die unterschiedliche Polarisierung mittels der Lamellen 6 des Metallgitters 15 detektierbar.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der 3 wiedergeben. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 2 ist das Metallgitter 16 nicht aus separaten Lamellen 6 aufgebaut, sondern besteht aus sich verzweigenden Stäben 17. Ausgehend von der Mitte des Stellgliedes, die als strichpunktierte Linie 18 in den Figuren eingezeichnet ist, erstreckt sich jeder Stab radial nach außen und verzweigt sich, so dass die Form eines Y in der Draufsicht gebildet ist. An den radialen Enden 19 der Stäbe 17 sind die Stäbe 17 abgewinkelt und erstrecken sich durch die Leiterplatte 2 in Richtung der Permanentmagnete 13, 14. Der Abstand zwischen den Enden 20 und den Permanentmagneten 13, 14 weist im Wesentlichen einen Abstand von weniger als 2 mm auf. In das mittlere Bild der 3 sind die abgewinkelten radialen Enden 20 der Stäbe 17 gestrichelt eingezeichnet. Es ist hierbei natürlich selbstverständlich, dass eine Verzweigung, der Stäbe 17, je nach benötigter Auflösung und Empfindlichkeit weitere Verzweigung aufweisen kann. Es ist ebenso vorstellbar nicht nur drei Stäbe 17, wie in 3 dargestellt, sondern eine größere Anzahl von sich verzweigenden Stäben 17 einzusetzen.

Claims

Bedienelement für ein Kraftfahrzeug mit einem drehbar gelagerten Stellglied, einem mit dem Stellglied zusammenwirkenden, signalgebenden Dauermagneten (4, 5, 12, 13, 14), einer nach einem magnetoelektrischen Prinzip arbeitenden Drehwinkelerfassungseinrichtung, zur Erfassung der Winkelstellungen und Drehbewegungen des Stellgliedes und einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung (7), dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehwinkelerfassung der Permanentmagnet (4, 5, 12, 13, 14) drehfest am Stellglied befestigt ist, wobei die Feldlinien des Permanentmagneten (4, 5, 12, 13, 14) unmittelbar mittels eines stationär im Bedienelement (1, 11) befestigten, Feldlinienrichtungen auswertenden Sensor (7) ausgewertet werden.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Permanentmagnete (4, 5, 12, 13, 14) diametral am Stellglied befestigt sind, wobei die Polarisierung der Permanentmagnete (4, 5, 12, 13, 14) in Bezug auf den Sensor (7) unterschiedlich ist.
Bedienelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Stellglied ein Eisenring (3) befestigt ist und die Permanentmagnete (4, 5, 12, 13, 14) fest mit dem Eisenring (3) verbunden sind.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) auf einer Leiterplatte (2) befestigt ist, wobei der Sensor (7) auf einer dem Stellglied gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte (2) befestigt ist.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein feststehendes, sich von dem Permanentmagneten (4, 5, 12, 13, 14) in Richtung des Sensors (7) erstreckendes, einteilig oder mehrteilig aufgebautes Metallgitter (15, 16) zwischen dem Sensor (7) und den Permanentmagneten (4, 5, 12, 13, 14) befestigt ist, so dass eine Ausrichtung und Weiterleitung der Feldlinien ermöglicht ist.
Bedienelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgitter (15, 16) ein Stanzteil ist und sich radial und strahlenartig oder verzweigend vom Sensor (7) in Richtung der Permanentmagnete (4, 5, 12, 13, 14) erstreckt.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Metallgitter (15, 16) parallel zur Leiterplatte (2) unterhalb der Bereiche der Permanentmagnete (4, 5, 12, 13, 14) abgewinkelt und durch die Leiterplatte (2) hindurch bis in einen Bereich unterhalb der Permanentmagnete (4, 5, 12, 13, 14) erstreckt.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Stellglied zugewandten Seiten der Leiterplatte (2) und innerhalb des Eisenrings (3) mindestens jeweils ein Taster (9) und/oder ein Leuchtmittel (9) und/oder ein Lichtleitelement (9) und/oder ein Element (9) zur freien Programmierung des Stellgliedes befestigt ist.