DE102006057311A1

DE102006057311A1 - Dreh- und druckbetätigbare Vorrichtung

Info

Publication number: DE102006057311A1
Application number: DE102006057311A
Authority: DE
Inventors: Werner Beck
Original assignee: ZF Electronics GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-11-05
Filing date: 2006-11-05
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-11-06
Also published as: DE102006057311B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt mit einem Gehäuse, einer Kraftübertragungseinrichtung, welche mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt verbunden und in dem Gehäuse geführt ist, einer Rotoreinrichtung, welche drehbeweglich im Gehäuse aufgenommen ist und zumindest mittelbar mit der Kraftübertragungseinrichtung drehstarr in Formschluss steht und zumindest eine sensordetektierbare Einrichtung aufweist, einer Axialkrafteinrichtung, welche - zumindest mittelbar - zwischen der Kraftübertragungseinrichtung und Rotoreinrichtung angeordnet ist, durch welche die Kraftübertragungseinrichtung in Richtung ihres mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt verbundenen Endes und die Rotoreinrichtung in dazu entgegengesetzter Richtung mit einer Axialkraft beaufschlagbar ist, einer Druckschalteinrichtung, welche durch Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts entgegen der von der Axialkrafteinrichtung erzeugten Axialkraft betätigbar ist, und einem Drehwinkelgeber, durch welchen zumindest eine Mehrzahl von Winkelpositionen der Rotoreinrichtung durch Wechselwirkung der zumindest einen sensordetektierbaren Einrichtung mit zumindest einem Sensorelement des Drehwinkelgebers bestimmbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt.
Derartige Betätigungsvorrichtungen sind zumeist als Dreh-/Druckschalter oder als Wählschalter ausgeführt und kommen beispielsweise in Haushaltsgeräten, z.B. als Programmwahlschalter von Waschmaschinen, in der Unterhaltungselektronik, in Computergeräten, aber auch im Kraftfahrzeugbereich als Mensch-Maschine-Interface zur Steuerung von Klimaanlagen, als Auswahlschalter in Navigationsgeräten, zur Betätigung von Autoradio- und CD-Geräten, Kommunikationseinrichtungen, Bordelektronikgeräten, oder zur integrierten Steuerung einer Mehrzahl von Geräten zum Einsatz.
So ist beispielsweise aus der DE 199 22 638 ein handbetätigbarer Positionsgeber bekannt, mit einem gegenüber einem Stator, der an einer Frontplatte eines Gehäuses, festgelegt ist, einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Geberelement, einer die Position und/oder die Bewegung des Geberelements in elektrische Signale umwandelnden Sensoreinrichtung und einer magnetisch wirkenden Rasteinrichtung, durch die das Geberelement in definierten ineinander überführbaren Winkelpositionen rastbar ist, wobei das Geberelement abnehmbar ist und an seiner dem Stator zugewandten Außenfläche auf einer mit der Drehachse koaxialen Kreislinie verteilt eine die Teilung der Rasteinrichtung bestimmende Anzahl von Permanentmagneten umfasst und der Stator an seiner dem Geberelement zugewandten Außenfläche auf der Kreislinie mindestens ein magnetisierbares und in Zusammenwirkung mit den Permanentmagneten die Rasteinrichtung bildendes taktiles Element umfaßt.
Die DE 297 07 302 offenbart einen Drehschalter mit Tastfunktion, bestehend aus einem Grundkörper mit einer Rastung für eine drehbare Schalterwelle und elektrischen bzw. elektronischen Schaltelementen, wobei ein Stator mit einem einen Ringmagneten fassenden Zylinder versehen ist, und der oberen Stirnseite des Ringmagneten ein Mitnehmer mit eingebetteter Scheibe, Führungen für Rastelemente, eine Codierscheibe und der unteren Stirnseite eine Scheibe zugeordnet sind und im Zentrum eine dreh- und axial verschiebbare Welle gelagert ist.
Die DE 195 32 822 zeigt einen Betriebsartenwahlschalter für eine Herdschaltuhr, mit einem in einem Gehäuse gelagerten, mit einem Drehschaltgriff antreibbaren Rotor, der mittels wenigstens eines Schaltarms je nach Drehstellung einen von mehreren Kontakten betätigt, wobei die Kontakte an einer gummielastischen Schaltmatte mit axialem Schalthub gegenüber einer Leiterplatte angeordnet sind, und jedem Kontakt ein achsparallel versetzbarer Nocken an der den Kontakten abgewandten Seite der Schaltmatte zugeordnet ist und dass der Schaltarm entsprechend der Drehstellung des Rotors den jeweiligen Nocken zur Betätigung des zugeordneten Kontakts achsparallel niederdrückt.
Die DE 10 2004 022 846 beschreibt ein Bedienelement in der Kfz-Elektronik mit einer programmierbaren Haptik. Dazu werden die Kraft- oder in einer speziellen Variante die Reibmomente am Bedienelement durch dynamische Anpassung der Arbeitsströme elektromagnetischer Anordnungen in Abhängigkeit des Verstellwegs gebildet. Das Kraft/Weg-Verhalten (taktile Rückmeldung) des Bedienelements kann während der Betätigung beliebig verändert werden, so dass die Betätigungskräfte für verschiedene Betriebsfunktionen variiert werden können. Die taktile Rückmeldung der Kraftmomente am Bedienelement erfolgt über eine Rast, die beispielsweise aus wenigstens einer Rastscheibe und einer Feder bestehen kann, welche über eine elektromagnetische Anordnung aktiv oder inaktiv geschaltet werden.
Bei einer Vielzahl von Anwendungen ist es von großer Bedeutung, Betätigungsvorrichtungen mit dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitten aus dem Stand der Technik derart weiterzuentwickeln, dass diese Betätigungsvorrichtungen eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit aufweisen, verschmutzungs- und feuchtigkeitsunempfindlich sind, kompakt bauen und sich dabei gleichzeitig rationell und kostengünstig fertigen lassen. Des weiteren wird häufig die Anforderung gestellt, dass derartige Betätigungsvorrichtungen mit dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitten eine taktile und akustische Rückmeldung für den Bediener zur Verfügung stellen, die durch konstruktive Anpassungen der Betätigungsvorrichtungen auf die Aufgabenstellung abgestimmt werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt anzugeben, welche den bisher bekannten Stand der Technik entsprechend der vorgenannten Anforderungen weiterentwickelt und dabei gleichzeitig bei hoher Zuverlässigkeit und Lebensdauer besonders rationell und kostengünstig gefertigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt, welche aufweist:

– ein Gehäuse,
– eine Kraftübertragungseinrichtung, welche mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt verbunden und in dem Gehäuse geführt ist,
– eine Rotoreinrichtung, welche drehbeweglich im Gehäuse aufgenommen ist und zumindest mittelbar mit der Kraftübertragungseinrichtung drehstarr in Formschluss steht und zumindest eine sensordetektierbare Einrichtung aufweist,
– eine Axialkrafteinrichtung, welche – zumindest mittelbar – zwischen der Kraftübertragungseinrichtung und Rotoreinrichtung angeordnet ist, durch welche die Kraftübertragungseinrichtung in Richtung ihres mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt verbundenen Endes und die Rotoreinrichtung in dazu entgegengesetzter Richtung mit einer Axialkraft beaufschlagbar ist,
– eine Druckschalteinrichtung, welche durch Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts entgegen der von der Axialkrafteinrichtung erzeugten Axialkraft betätigbar ist, und
– einen Drehwinkelgeber, durch welchen zumindest eine Mehrzahl von Winkelpositionen der Rotoreinrichtung durch Wechselwirkung der zumindest einen sensordetektierbaren Einrichtung mit zumindest einem Sensorelement des Drehwinkelgebers bestimmbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt wird eine kostengünstig herzustellende, zuverlässige und langlebige Schaltereinrichtung mit einem Drehschalter mit einer Mehrzahl oder Vielzahl detektierbarer Winkelpositionen und einem diskreten Schaltelement, z.B. einem mechanischen Drucktaster oder Druckschalter oder einem elektronischen Schaltelement, bereitgestellt. Unter einer Mehrzahl (oder Vielzahl) von Winkelpositionen seien dabei nicht nur eine zählbare Anzahl diskreter Winkelpositionen verstanden, sondern auch ein stufenlos oder kontinuierlich (= nicht-diskret) arbeitender Drehwinkelgeber mit umfaßt, der eine nicht-zählbare Anzahl von Winkelpositionen (innerhalb seiner physikalischen Auflösungsgrenzen) unterscheiden kann.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt liegt darin, dass durch die spezifische Axialkrafteinrichtung auf konstruktiv sehr einfache Weise einerseits eine sehr präzise, spielfreie Führung der Rotoreinrichtung gegenüber dem Drehwinkelgeber sichergestellt, und andererseits der dreh- und druckbetätigbare Achsabschnitt spiel- und klapperfrei gelagert und eine Betätigungsgegenkraft für die Druckbetätigungsfunktion der Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt bereitgestellt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Drehwinkel durch berührungslose Messung wenigstens eines physikalischen Parameters, vorzugsweise durch Messung eines optischen Parameters wie Reflexion und/oder Transmission, eines kapazitiven Parameters wie Dielektrizitätszahl, Kapazität und/oder elektrische Kopplung und/oder eines magnetischen Parameters wie Magnetfeldstärke, Induktivität, Permeabilität und/oder magnetische Kopplung bestimmbar sein. Im Falle der Messung eines optischen Parameters kann vorteilhaft auch eine binäre Codierscheibe beispielsweise nach dem Gray-Code oder einem anderen Verfahren zur Bestimmung des Drehwinkels vorteilhaft zum Einsatz kommen. Hierdurch ist es möglich, die Messung der Drehposition des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts verschleißfrei durchzuführen und somit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Betätigungsvorrichtung zu erhöhen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die sensordetektierbare Einrichtung zumindest ein Modulationselement zur Beeinflussung eines physikalischen Parameters aufweisen. Durch diese Ausführungsform kann die Zuverlässigkeit und Störsicherheit der Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt bedeutend verbessert werden, da ein stationär erzeugtes Meßsignal durch ein kleinbauendes, passives und keine Stromversorgung erforderndes, am Rotorelement montiertes Modulationselement modifiziert wird und durch eine deratige Konstruktion eine Beeinflussung durch externe Störquellen nahezu eliminiert werden kann. Darüber hinaus stellt sich eine derartige Lösung als konstruktiv besonders vorteilhaft dar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Drehwinkel durch Messung wenigstens eines magnetischen Parameters, vorzugsweise mittels wenigstens eines Hall-Sensors und/oder eines magnetoresistiven Sensors, bestimmbar sein. Eine solche Lösung stellt ein in der Praxis als zuverlässig bewährtes Verfahren dar und bietet sich insbesondere u.a. für eine kontinuierliche, nicht-diskrete Erfassung des Drehwinkels an.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Drehwinkel mittels wenigstens zweier im Winkel zueinander, vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordneter Magnetfeldsensoren unter Verrechnung der Mehrzahl der Meßsignale bestimmbar sein. Durch eine solche Anordnung von wenigstens zwei Magnetfeldsensoren ist die Winkelposition auf einem 360°-Vollkreis jederzeit durch Verrechnung der Sensorsignale eindeutig bestimmbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Drehwinkel durch Messung der Induktivität bestimmbar sein. Dieses Meßprinzip zeichnet sich durch eine besonders hohe Störsicherheit aus, da das Ergebnis der Messung durch externe Fremd-und Störfelder praktisch nicht beeinflußt wird, da hier Anregung und Erfassung durch modulierte Signale in einem eng begrenzten Frequenzband durchgeführt werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Drehwinkelgeber eine Mehrzahl von Spulenelementen aufweisen, welche vorzugsweise dem Rotorelement gegenüberliegend vorzugsweise auf dessen von der dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt abgewandten Seite des Rotorelements in einem vorzugsweise konzentrischen Bereich in Winkelabständen von vorzugsweise konstanten Mittelpunktswinkeln angeordnet und vorzugsweise in eine Leiterplatte geätzt oder auf einer solchen montiert sind. Dies stellt eine sehr zweckmäßige Konstruktionsform für die Einbringung der Meß- und Erregungsspulen dar, die sich zudem kostengünstig fertigen läßt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Rotorelement zumindest ein Induktivitätsmodulationselement, insbesondere ein Bedämpfungselement aufweisen, wodurch die Induktivität zumindest eines Spulenelements beeinflußbar ist. Dies stellt eine konstruktiv besonders zweckmäßige und kostengünstig zu realisierende Lösung dar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Rotorelement durch die von der Axialkrafteinrichtung erzeugte Axialkraft relativ zum Drehwinkelgeber positionierbar sein. Hierdurch ist es bei minimalem konstruktiven Aufwand möglich, das Rotorelement zuverlässig, spiel- und verschleißfrei in Axialrichtung exakt zum Drehwinkelgeber zu positionieren und hierdurch eine präzise und nicht durch Abstandstoleranzen beeinträchtigte Erfassung der Winkelstellung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts zu gewährleisten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Betätigungsvorrichtung weiterhin eine Rastführungseinrichtung aufweisen, welche – zumindest mittelbar – mit der Kraftübertragungseinrichtung verbunden ist. Durch eine solche Rastführungseinrichtung können präzise, diskrete Winkelpositionen für die Betätigungsvorrichtung vorgegeben werden, die beispielsweise mit den Auswahlpositionen für bestimmte Anwendungsoptionen übereinstimmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Rastführungseinrichtung einen im Wesentlichen in Bezug auf die Mittelachse der Kraftübertragungseinrichtung rotationssymmetrischen Formkörper mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung vorzugsweise äquidistant voneinander beabstandeten Erhabungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Durch Einsatz eines derartigen Formkörpers ist es sehr einfach möglich, mechanische Verrastungspunkte in den gewünschten Winkelpositionen bereitzustellen, welche beispielsweise mit einem elastischen Schleiffederelement verrasten können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Formkörper eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung vorzugsweise äquidistant voneinander beabstandeten, in Bezug auf die Mittelachse der Kraftübertragungseinrichtung drehachsparallelen Nuten aufweisen. Dies stellt eine konstruktiv vorteilhafte Variante dar, die das Rastverhalten verbessert, Verschleißfestigkeit und Zuverlässigkeit erhöht und den vertikalen Arbeitsbereich vergrößert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Formkörper mit der Kraftübertragungseinrichtung zumindest in Drehrichtung derselben verbunden sein. Hierbei ist es möglich, den Formkörper mit der Kraftübertragungseinrichtung starr zu verbinden und hierdurch eine besonders einfache und zuverlässige Kopplung zu schaffen. Andererseits ist es aber auch denkbar, den Formkörper axialverschieblich an der Kraftübertragungseinrichtung anzubringen um diesen beispielsweise flacher halten zu können, wenn der Formkörper bei Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts sich innerhalb des Gehäuses nicht axial verschiebt und stattdessen an der Kraftübertragungseinrichtung entlanggleiten kann, und hierdurch z.B. Bauraum einzusparen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Rastführungseinrichtung eine Federeinrichtung aufweisen, welche mit der Mehrzahl von in Umfangsrichtung auf der Rastführungseinrichtung angeordneten Erhabungen und/oder Vertiefungen interagibel sein, wobei die Federeinrichtung mit durch die Erhabungen und/oder Vertiefungen definierten Rastpositionen verrastbar ist. Durch eine solche Federeinrichtung kann eine gleichermaßen einfache wie zuverlässige Rastvorrichtung realisiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Formkörper mit der Kraftübertragungseinrichtung in Achsrichtung derselben verbunden sein. Hierdurch lassen sich Konstruktion und Fertigung vereinfachen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Nuten eine Erstreckung in Achsrichtung der Kraftübertragungseinrichtung aufweisen, durch welche die Nuten in einer Normalposition der Kraftübertragungseinrichtung ohne Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts und in einer gedrückten Position der Kraftübertragungseinrichtung bei Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts mit der Federeinrichtung in Eingriff bringbar sind. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Federeinrichtung auch während der Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts mit den Nuten des Formkörpers in Eingriff bleiben und somit auch in druckbetätigtem Zustand des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts die Rastfunktion aufrecht erhalten wird. Darüber hinaus kann durch diese Konstruktion eine Führungsfunktion für den dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt während dessen Druckbetätigung bereitgestellt werden, wodurch ein versehentliches Verdrehen des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts während der Druckbetätigung verhindert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Federeinrichtung innerhalb des Gehäuses schwimmend gelagert sein. Durch eine solche Konstruktionsweise lassen sich zwei Vorteile erzielen: Zum einen können durch eine schwimmend gelagerte Feder, die nicht fest beispielsweise mit dem Gehäuse verbunden werden muß, Herstellungskosten eingespart werden. Zum anderen erzeugt eine solche schwimmend gelagerte Feder aufgrund der fehlenden festen Einspannung und Verbindung mit dem Gehäuse ein deutlicher vernehmbares „Klick"-Geräusch und bietet so – neben der taktilen – darüber hinaus auch eine akustische Rückmeldung für den Bediener.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Rastführungseinrichtung gehäuse- und/oder rastführungseinrichtungsseitig angebrachte Magnetkrafteinrichtungen aufweisen, wobei auf der jeweils einen der beiden von Gehäuseseite und Rastführungseinrichtungsseite eine Mehrzahl von Magnetkrafteinrichtungen und auf der anderen der beiden von Gehäuseseite und Rastführungseinrichtungsseite wenigstens eine Magnetkrafteinrichtung angebracht ist/sind. Bei dieser Ausführungsform kann eine geräuschlose, reibungs- und verschleißfreie Rastvorrichtung bereitgestellt werden, die sich durch eine besonders hohe Lebenserwartung und ausgeprägte Haptik auszeichnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Axialkrafteinrichtung wenigstens zwei Magnete aufweisen, deren einer zumindest mittelbar mit der Kraftübertragungseinrichtung verbunden ist und deren anderer zumindest mittelbar mit der Rotoreinrichtung verbunden ist, wobei die Magnete zueinander eine Orientierung aufweisen, dass sie aufeinander eine Abstoßungskraft ausüben. Durch eine derartige Bauweise kann die Axialkrafteinrichtung durch eine verschleißfreie Magnetkonstruktion bereitgestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Axialkrafteinrichtung ein vorzugsweise vorgespanntes Druckfederelement, vorzugsweise eine Spiraldruckfeder aufweisen, welches zwischen einer zumindest mittelbar mit der Kraftübertragungseinrichtung und einer zumindest mittelbar mit der Rotoreinrichtung verbundenen Auflage eingespannt ist. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Bauweise für die Axialkrafteinrichtung dar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Kraftübertragungseinrichtung in Achsrichtung quergeteilt sein in einen ersten Abschnitt, welcher mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt verbunden ist und einen zweiten Abschnitt, welcher axialverschieblich drehstarr im Gehäuse aufgenommen und zur ausschließlichen Übertragung von Druckkräften vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, die am dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt eingebrachte Drehbewegungskomponente auszukoppeln und nur die lineare Druckkraftkomponente auf die Druckschalteinrichtung zu übertragen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Druckschalteinrichtung eine mechanische Schalteinrichtung, vorzugsweise eine Kontaktfeder oder eine Schaltmatte aufweisen. Diese Ausführungsform stellt eine besonders einfache und preiswert zu fertigende Lösung dar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Druckschalteinrichtung eine berührungslose, vorzugsweise magnetische, kapazitive oder optische Schalteinrichtung, insbesondere einen induktiven Sensor, einen magnetoresistiven Sensor oder einen Hall-Sensor aufweisen. Durch den Einsatz einer der vorgenannten berührungslosen Schalteinrichtungen kann die Zuverlässigkeit, Funktionssicherheit und Lebensdauer gegenüber einer mechanischen Schalteinrichtung deutlich erhöht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der erste Abschnitt der Kraftübertragungseinrichtung eine Mitnehmereinrichtung, vorzugsweise ein zur Drehachse konzentrisches Passprofil und/oder zumindest ein außermittig angeordnetes Mitnehmerelement, zur axialverschiebbarer drehstarren Kopplung mit der Rotoreinrichtung aufweisen. Hierdurch kann eine konstruktiv vorteilhafte Lösug bereitgestellt werden, um die Rotoreinrichtung in Axialrichtung von der Kraftübertragungseinrichtung zu entkoppeln und hierdurch zu ermöglichen, dass die Rotoreinrichtung – unabhängig vom Druckzustand des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts – relativ zum Drehwinkelgeber einen konstanten Abstand einhalten und so eine zuverlässige Messung des Drehwinkels gewährleisten kann.
Dei Merkmale der vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen können einzeln – oder soweit technisch möglich – auch in Kombination mit Merkmalen anderer bevorzugter Ausführungsformen mit der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung zum Einsatz kommen, wodurch sich die genannten Vorteile der einzelnen Ausführungsformen kombinieren lassen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehend erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische perspektivische Halbschnittdarstellung der Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Medianschnittdarstellung durch eine Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt nach demselben Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt eine perspektivische Halbschnittdarstellung der Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 stellt hierzu ergänzend eine schematische Medianschnittdarstellung durch eine Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt nach demselben Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Die dargestellte Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt weist ein auf einer Leiterplatte oder Platine 10 montiertes Gehäuse 2 auf, aus welchem ein für die in der Regel manuelle Betätigung durch eine Bedienperson bestimmter dreh- und druckbetätigbarer (erster) Achsabschnitt 1 hervorsteht. Hierauf wird in der Regel eine Betätigungseinrichtung, wie beispielsweise ein Betätigungsknopf oder ein anderes Benutzerinterface angebracht sein. Eine solche Betätigungseinrichtung kann einstückückig oder mehrstückig mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt 1 ausgeführt sein. Es ist jedoch ebenso denkbar, auf die Anbringung einer derartigen Betätigungseinrichtung zu verzichten und den dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt 1 selbst als Betätigungseinrichtung auszuformen.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist dieser dreh- und druckbetätigbarer Achsabschnitt 1 mit einer Kraftübertragungseinrichtung 3 als Kraftübertragungseinrichtung verbunden, welche drehbar und axialverschieblich im Gehäuse 2 gelagert ist. Weiterhin ist den Figuren ein Rotor 4 zu entnehmen, welcher drehbeweglich im Gehäuse 2 aufgenommen ist, jedoch drehstarr mit der Kraftübertragungseinrichtung 3 durch einen außermittig angebrachten Mitnehmerstruktur, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Mitnehmerzapfen 15 ausgeführt ist, verbunden ist. Anstelle eines solchen Mitnehmerzapfens 15 kann zum gleichen Zweck beispielsweise auch ein zur Drehachse der Kraftübertragungseinrichtung 3 konzentrisches Passprofil mit beispielsweise prismatisch, sternförmig oder nach Art des Torx-Antriebs ausgestalteter Formschlußpassung zwischen Kraftübertragungseinrichtung 3 und Rotor 4 zur axialverschieblichen drehstarren Kopplung mit dem Rotor 4 zum Einsatz kommen.
Zwischen dem Rotor 4 und einer hierfür vorgesehenen Aufnahme der Kraftübertragungseinrichtung 3 ist eine Spiraldruckfeder 6 eingespannt, welche Kraftübertragungseinrichtung 3 und Rotor 4 in Axialrichtung der Kraftübertragungseinrichtung 3 in entgegengesetzte Richtungen auseinanderdrückt und hierdurch Kraftübertragungseinrichtung 3 wie Rotor 4 axial spielfrei positioniert. Im Anschluß an das dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt 1 abgewandte Ende der mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt 1 verbundenen Kraftübertragungseinrichtung 3 befindet sich mit dieser in Anlage ein zweiter Achsabschnitt 16, welcher drehstarr und axialverschieblich in einer mit dem Gehäuse 2 verbundenen Achsführung 17 aufgenommen ist und als eine Art Druckstößel der ausschließlichen Übertragung von Druckkräften auf den diskreten Schalter 7 bei Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts 1 bestimmungsgemäß vorgesehen ist.
Als diskreter Schalter 7 kann dabei – je nach gewünschten Eigenschaften und Anforderungen – beispielsweise ein mechanischer Schalter oder Taster, eine Kontaktfeder oder Schaltmatte, ein optischer, kapazitiver, magnetoresistiver, oder induktiver Sensor oder Hall-Sensor Verwendung finden.
Der Rotor 4 weist als sensordetektierbare Einrichtung wenigstens ein Bedämpfungselement 5 auf, welches von dem nachfolgend erklärten Drehwinkelgeber 8 detektierbar ist, so dass hierdurch die Drehwinkelposition des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts 1 über dem mit diesem drehstarr über die Kraftübertragungseinrichtung 3 gekoppelten Rotor 4 bestimmbar ist. Der Drehwinkelgeber 8 ist in geringem, definiertem Abstand von typischerweise 0,2 ... 3 mm auf der dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt 1 abgewandten Seite des Rotors 4 auf der Leiterplatte 10 angeordnet, wobei der definierte Abstand durch Andruck des Rotors 4 durch die vorerwähnten Feder 6 gegen die Leiterplatte 10 über die Beabstandungsfunktion von Gleitabstandshaltern 18, welche leiterplattenseitig am Rotor 4 angebracht sind, gewährleistet wird. Hierdurch kann auf konstruktiv sehr einfache Weise einerseits eine sehr präzise, spielfreie Führung des Rotors 4 gegenüber dem Drehwinkelgeber 8 sichergestellt werden, und andererseits das dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt 1 spiel- und klapperfrei gelagert werden und eine Betätigungsgegenkraft für die Druckbetätigungsfunktion der Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt 1 bereitgestellt werden. Dabei bleibt diese Funktion auch während der Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts 1 in gleicher Weise erhalten.
Der dreh- und druckbetätigbare Achsabschnitt 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht für kontinuierliche Operation vorgesehen sondern – durch die nachfolgend erläuterte Rastführungseinrichtung 11 – mit einer diskrete Rastpositionen aufweisende Rastpositionierung ausgestattet. Diese weist typischerweise zwischen 3 und 100, insbesondere zwischen 10 und 40 (im konkreten Ausführungsbeispiel 20) detektierbare Positionen auf. Für jede dieser Positionen ist im Drehwinkelgeber 8 als Sensorelement ein in die Leiterplatte eingeätztes Spulenelement 9 vorgesehen, durch welches durch Erkennen einer Juxtaposition zum Bedämpfungselement 5 die Drehwinkelstellung des Rotors 4 und damit auch des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt 1 bestimmt werden kann.
Zur Bereitstellung definierter Rastpositionen weist die Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt 1 eine Rastführungseinrichtung 11 auf. Diese besteht im Wesentlichen, wie aus den 1 und 2 erkennbar, aus einem mit der Kraftübertragungseinrichtung 3 starr (zumindest drehstarr) verbundenen Formkörper 12, der auf seiner Umfangsfläche im Falle dieses Ausführungsbeispiels zwanzig im Winkelabstand von 18° beabstandete Rastnuten 13 aufweist, welche einem im Gehäuse schwimmend im Gehäuse 2 gelagerten Federelement 14, welche den Formkörper 12 umlaufend spannt, zur Verrastung dienen. Dabei weist der Formkörper 12 und die darin befindlichen Rastnuten 13 in Axialrichtung der Drehachse der Kraftübertragungseinrichtung 3 eine größere Erstreckung auf als die Breite des Federelements 14, welche als Formfeder aus Flachbandmaterial gefertigt ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Nuten des Formkörpers 12 mit dem Federelement 14 in Eingriff bleiben, wenn der dreh- und druckbetätigbare Achsabschnitt 1 druckbetätigt und somit axial verschoben wird.
Auf diese Weise stellt die Rastführungseinrichtung 11 neben der Rastfunktion auch eine Axialführungsfunktion bei Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts 1 bereit, wodurch ein ungewolltes Verdrehen des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts 1 während der Druckbetätigung verhindert werden kann. Durch die schwimmende Lagerung des Federelements 14 innerhalb des Gehäuses 2 kommt es beim Verrasten des Federelements 14 zu Schwingungen des nicht fest im Gehäuse 2 gespannten Federelements 14, die als eine Art „Klick"-Geräusch wahrnehmbar sind und so dem Bediener zusätzlich zur taktilen auch eine akustische Rückmeldung geben. Soll dieses Geräusch gedämpft werden, kann das Federelement 14 im Gehäuse 2 festgelegt werden.
Wird auf eine besonders geräuschlose (und gleichzeitig reibungsarme) Funktion Wert gelegt, kann anstelle der Rastführungseinrichtung 11 mit Formkörper 12 und Federelement 14 auch eine magnetkraftbasierte Rastführungseinrichtung 11 zum Einsatz kommen. Hierfür können beispielsweise einander gegenüberliegend kleine Permanentmagnete gehäuse- und rastführungseinrichtungsseitig angebracht werden, wodurch durch Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen den sich gegenüberliegenden Magneten eine Rastfunktion bereitgestellt werden kann, die auch eine sehr ausgeprägte Haptik bereitstellen kann.

1: Dreh- und druckbetätigbarer (erster) Achsabschnitt
2: Gehäuse
3: Kraftübertragungseinrichtung
4: Rotor
5: Sensordetektierbare Einrichtung, Bedämpfungselement
6: Axialkrafteinrichtung, Feder
7: Diskreter Schalter
8: Drehwinkelgeber
9: Sensorelement, Spule
10: Leiterplatte
11: Rastführungseinrichtung
12: Formkörper
13: Vertiefung im Formkörper, Nut
14: Rastfederelement
15: Mitnehmerelement, Zapfen
16: Zweiter Achsabschnitt
17: Achsführung für zweiten Achsabschnitt
18: Gleitabstandshalter

Claims

Betätigungsvorrichtung mit einem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt (1), welche aufweist: – ein Gehäuse (2), – eine Kraftübertragungseinrichtung (3), welche mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt (1) verbunden und in dem Gehäuse (2) geführt ist, – eine Rotoreinrichtung (4), welche drehbeweglich im Gehäuse (2) aufgenommen ist und zumindest mittelbar mit der Kraftübertragungseinrichtung (3) drehstarr in Formschluss steht und zumindest eine sensordetektierbare Einrichtung (5) aufweist, – eine Axialkrafteinrichtung (6), welche – zumindest mittelbar – zwischen der Kraftübertragungseinrichtung (3) und Rotoreinrichtung (4) angeordnet ist, durch welche die Kraftübertragungseinrichtung (3) in Richtung ihres mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt (1) verbundenen Endes und die Rotoreinrichtung (4) in dazu entgegengesetzter Richtung mit einer Axialkraft beaufschlagbar ist, – eine Druckschalteinrichtung (7), welche durch Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts (1) entgegen der von der Axialkrafteinrichtung (6) erzeugten Axialkraft betätigbar ist, und – einen Drehwinkelgeber (8), durch welchen zumindest eine Mehrzahl von Winkelpositionen der Rotoreinrichtung (4) durch Wechselwirkung der zumindest einen sensordetektierbaren Einrichtung (5) mit zumindest einem Sensorelement (9) des Drehwinkelgebers (8) bestimmbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel durch berührungslose Messung wenigstens eines physikalischen Parameters, vorzugsweise durch Messung eines optischen Parameters wie Reflexion und/oder Transmission, eines kapazitiven Parameters wie Dielektrizitätszahl, Kapazität und/oder elektrische Kopplung und/oder eines magnetischen Parameters wie Magnetfeldstärke, Induktivität, Permeabilität und/oder magnetische Kopplung bestimmbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die sensordetektierbare Einrichtung (5) zumindest ein Modulationselement zur Beeinflussung eines physikalischen Parameters aufweist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel durch Messung wenigstens eines magnetischen Parameters, vorzugsweise mittels wenigstens eines Hall-Sensors und/oder eines magnetoresistiven Sensors, bestimmbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel mittels wenigstens zweier im Winkel zueinander, vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordneter Magnetfeldsensoren unter Verrechnung der Mehrzahl der Meßsignale bestimmbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel durch Messung der Induktivität bestimmbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelgeber (8) eine Mehrzahl von Spulenelementen (9) aufweist, welche vorzugsweise dem Rotorelement (4) gegenüberliegend vorzugsweise auf dessen von der dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt (1) abgewandten Seite des Rotorelements (4) in einem vorzugsweise konzentrischen Bereich in Winkelabständen von vorzugsweise konstanten Mittelpunktswinkeln angeordnet und vorzugsweise in eine Leiterplatte (10) geätzt oder auf einer solchen montiert sind.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (4) zumindest ein Induktivitätsmodulationselement, insbesondere ein Bedämpfungselement (5) aufweist, wodurch die Induktivität zumindest eines Spulenelements (9) beeinflußbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (4) durch die von der Axialkrafteinrichtung (6) erzeugte Axialkraft relativ zum Drehwinkelgeber (8) posionierbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung weiterhin eine Rastführungseinrichtung (11) aufweist, welche – zumindest mittelbar – mit der Kraftübertragungseinrichtung (3) verbunden ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Rastführungseinrichtung (11) einen im Wesentlichen in Bezug auf die Mittelachse der Kraftübertragungseinrichtung (3) rotationssymmetrischen Formkörper (12) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung vorzugsweise äquidistant voneinander beabstandeten Erhabungen und/oder Vertiefungen (13) aufweist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (12) eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung vorzugsweise äquidistant voneinander beabstandeten in Bezug auf die Mittelachse der Kraftübertragungseinrichtung (3) drehachsparallelen Nuten (13) aufweist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (12) mit der Kraftübertragungseinrichtung (3) zumindest in Drehrichtung derselben verbunden ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Rastführungseinrichtung (11) eine Federeinrichtung aufweist, welche mit der Mehrzahl von in Umfangsrichtung auf der Rastführungseinrichtung (11) angeordneten Erhabungen und/oder Vertiefungen (13) interagibel ist, wobei die Federeinrichtung (14) mit durch die Erhabungen und/oder Vertiefungen (13) definierten Rastpositionen verrastbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (12) mit der Kraftübertragungseinrichtung (3) in Achsrichtung derselben verbunden ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (13) eine Erstreckung in Achsrichtung der Kraftübertragungseinrichtung (3) aufweisen, durch welche die Nuten in einer Normalposition der Kraftübertragungseinrichtung (3) ohne Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts (1) und in einer gedrückten Position der Kraftübertragungseinrichtung (3) bei Druckbetätigung des dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitts (1) mit der Federeinrichtung (14) in Eingriff bringbar sind.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (14) innerhalb des Gehäuses (2) schwimmend gelagert ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Rastführungseinrichtung (11) gehäuse- und/oder rastführungseinrichtungsseitig angebrachte Magnetkrafteinrichtungen aufweist, wobei auf der jeweils einen der beiden von Gehäuseseite und Rastführungseinrichtungsseite eine Mehrzahl von Magnetkrafteinrichtungen und auf der anderen der beiden von Gehäuseseite und Rastführungseinrichtungsseite wenigstens eine Magnetkrafteinrichtung angebracht ist/sind.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkrafteinrichtung (6) wenigstens zwei Magnete aufweist, deren einer zumindest mittelbar mit der Kraftübertragungseinrichtung (3) verbunden ist und deren anderer zumindest mittelbar mit der Rotoreinrichtung (4) verbunden ist, wobei die Magnete zueinander eine Orientierung aufweisen, dass sie aufeinander eine Abstoßungskraft ausüben.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkrafteinrichtung ein vorzugsweise vorgespanntes Druckfederelement, vorzugsweise eine Spiraldruckfeder (6) aufweist, welches zwischen einer zumindest mittelbar mit der Kraftübertragungseinrichtung (3) und einer zumindest mittelbar mit der Rotoreinrichtung (4) verbundenen Auflage eingespannt ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Kraftübertragungseinrichtung (3) in Achsrichtung quergeteilt ist in einen ersten Abschnitt, welcher mit dem dreh- und druckbetätigbaren Achsabschnitt (1) verbunden ist und einen zweiten Abschnitt, welcher axialverschieblich drehstarr im Gehäuse (2) aufgenommen und zur ausschließlichen Übertragung von Druckkräften vorgesehen ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschalteinrichtung (7) eine mechanische Schalteinrichtung, vorzugsweise eine Kontaktfeder oder eine Schaltmatte aufweist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschalteinrichtung (7) eine berührungslose, vorzugsweise magnetische, kapazitive oder optische Schalteinrichtung, insbesondere einen induktiven Sensor, einen magnetoresistiven Sensor oder einen Hall-Sensor aufweist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt der Kraftübertragungseinrichtung (3) eine Mitnehmereinrichtung, vorzugsweise ein zur Drehachse konzentrisches Passprofil und/oder zumindest ein außermittig angeordnetes Mitnehmerelement, zur axialverschieblichen drehstarren Kopplung mit der Rotoreinrichtung (4) aufweist.