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Die
Erfindung betrifft ein Bedienelement, insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Bedienelemente
mit einem kippbaren Hebel, die auch als Joystick bezeichnet werden,
dienen in den verschiedensten Anwendungen als Eingabegerät
für elektronische Komponenten, beispielsweise dem Bordcomputer
eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist es gewünscht, der Bewegung
des Hebels in Abhängigkeit seiner Auslenkung aus einer
Nulllage einen vorgegebenen Kraftverlauf entgegenzusetzen, um eine
haptische Rückmeldung der Betätigung, also des
Erreichens oder Überschreitens der Schaltschwelle, zu vermitteln.
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In
der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 057 023 A1 ist ein Bedienelement
mit einer Kipphaptik offenbart. Das Bedienelement weist einen kippbar
gelagerten Hebel und eine gegen ein elastisches Element in Richtung
der Längsachse des Hebels verschiebbar geführte
Kugel auf. Beim Kippen des Hebels verläuft die Kugel in
einer ortsfesten Ausnehmung, deren Oberfläche einen variierenden
Abstand zum Kipppunkt des Hebels aufweist und somit die Kugel gegen
die Kraft des elastischen Elements in Richtung der Längsachse
des Hebels verschiebt. Dadurch wird ein Moment und somit eine Gegenkraft
auf den Hebel erzeugt, die der vom Benutzer des Bedienelements aufgebrachten
Kraft entgegengesetzt ist und als Kipphaptik wahrgenommen wird.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bedienelement bereitzustellen,
das eine verbesserte Kipphaptik aufweist.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch ein Bedienelement mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den abhängigen
Patentansprüchen zu entnehmen.
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Ein
derartiges Bedienelement weist einen kippbaren Hebel, einen federnd
am Hebel gelagerten, in Richtung der Hebelachse beweglichen Stößel sowie
eine Ausnehmung auf, in die der Stößel eingreift
und die in ihrer Mitte tiefer ausgebildet ist als am Rand. Erfindungsgemäß ist
die Ausnehmung in ein Kippteil eingebracht. Weiterhin weist das
Kippteil eine Vertiefung in der der Ausnehmung gegenüberliegenden
Seite auf und ist im Bedienelement eine ortsfeste Auflage vorgesehen,
die in die Vertiefung im Kippteil eingreift.
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Der
Begriff Hebelachse bezeichnet dabei die Längsachse des
Hebels. Dadurch, dass die Ausnehmung eine Kontur aufweist, die in
ihrer Mitte tiefer ausgebildet ist als am Rand, weist die Oberfläche
der Ausnehmung einen variierenden Abstand vom Kipppunkt des Hebels
auf.
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Das
Kippteil ist zwischen der Auflage und dem am Hebel angeordneten
Stößel eingeklemmt. Beim Kippen des Hebels bewegt
sich der Stößel zunächst entlang der
Oberfläche der Ausnehmung und erzeugt aufgrund der Kontur
der Ausnehmung ein Moment auf den Hebel, das der Benutzer als Gegenkraft
wahrnimmt. Erreicht die Auslenkung des Hebels einen gewissen Punkt,
der von der Geometrie des Bedienelements und seiner Komponenten
abhängt, so kippt das Kippteil um die Auflage. Dadurch
reduziert sich das auf den Hebel ausgeübte Moment, was für
den Benutzer deutlich wahrnehmbar ist. Bevorzugt erfolgt das Kippen
des Kippteils genau dann oder kurz nachdem die Schaltschwelle erreicht
wurde, bei der eine mit dem Betätigen des Bedienelements
verbundene Aktion ausgeführt wird. Auf diese Art wird dem
Benutzer die Betätigung des Bedienelements haptisch zurückgemeldet.
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In
der Nulllage des Bedienelements liegt die Stirnseite der Auflage
bevorzugt flächig am Boden der Vertiefung im Kippteil an.
In vorteilhafter Weise entspricht die Form der Vertiefung der Form
der Stirnseite der Auflage.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Ausnehmung
im Kippteil sternförmig, insbesondere kreuzförmig,
ausgebildet. Diese Ausgestaltung der Ausnehmung lässt eine
Bewegung des Stößels und damit ein Kippen des
Hebels nur in bestimmte Richtungen zu. Dadurch ist keine weitere
Kulisse zur Begrenzung der Kipprichtungen des Hebels notwendig.
Dies reduziert die Anzahl der Bauteile des Bedienelements.
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Bevorzugt
ist das in die Ausnehmung eingreifende Ende des Stößels
abgerundet. Dies erlaubt ein sicheres Bewegen des Stößels über
die Oberfläche der Ausnehmung.
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In
vorteilhafter Weise weist der Hebel eine kugelförmige Verdickung
auf. Mittels dieser Verdickung und einer korrespondierend ausgebildeten
Kugelschale im Gehäuse des Bedienelements lässt
sich auf einfache Weise eine kippbare Lagerung des Hebels erzielen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung verjüngt
sich die Vertiefung in das Kippteil hinein. Besonders bevorzugt
haben der Boden der Vertiefung und deren oberer Rand die gleiche
Form, aber eine unterschiedliche Größe. Die Vertiefung
hat dann die Form eines Kegelstumpfs oder eines Pyramidenstumpfs,
wobei dessen Basisfläche an der Außenseite des
Kippteils liegt.
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In
vorteilhafter Weise entspricht die Größe der Bodenfläche
der Vertiefung der Größe der Stirnseite der Auflage.
Dadurch wird ein Verrutschen des Kippteils auf der Auflage verhindert
und es findet eine reine Kippbewegung statt. Der Öffnungswinkel
der Vertiefung legt fest, um welchen Winkel das Kippteil um die
Auflage kippbar ist. Beim Erreichen dieses Winkels liegt die Seitenwand
der Ausnehmung im Kippteil an der Auflage an und verhindert ein
weiteres Kippen.
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In
einer Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Vertiefung in dem
Kippteil eine viereckige Form auf. Dadurch ergeben sich vier Vorzugsrichtungen,
in die das Kippteil um die Auflage kippen kann. In einer alternativen
Ausgestaltungsform weist die Vertiefung in dem Kippteil eine achteckige
oder runde Form auf.
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Bevorzugt
wird das vorstehend beschriebene Bedienelement in einem Kraftfahrzeug
verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
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Dabei
zeigen
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1 eine
schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes
Bedienelement in Ruhestellung,
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2 das
Bedienelement aus 1 mit ausgelenktem Hebel und
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3 das
Bedienelement aus 1 mit ausgelenktem Hebel und
gekipptem Kippteil.
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In 1 ist
schematisch ein Schnitt durch ein erfindungsgemäßes
Bedienelement 1 dargestellt. Ein kippbarer Hebel 2 weist
eine kugelförmige Verdickung 10 auf, mittels der
der Hebel 2 in einer kugelschalenförmigen Ausnehmung
des nicht dargestellten Gehäuses des Bedienelements 1 gelagert
ist. Ein Stößel 3 ist über eine
nicht dargestellte Feder derart mit dem Hebel 2 verbunden,
dass der Stößel 3 entlang der Längsachse
des Hebels 2 bewegbar ist.
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Ein
abgerundetes Ende des Stößels 3 greift in
eine Ausnehmung 5 eines Kippteils 4 ein. Die Ausnehmung 5 ist
kreuzförmig ausgebildet, wobei sie in der Mitte des Kreuzes
tiefer ist als an den Rändern. Auf der der Ausnehmung 5 gegenüberliegenden
Seite des Kippteils 4 ist eine Vertiefung 6 in
Form eines Pyramidenstumpfs mit quadratischer Grundfläche eingebracht.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen der Boden 9 der
Ausnehmung 6 sowie der obere Rand somit die Form eines
Quadrats auf. In die Vertiefung 6 greift eine ortsfest
im Bedienelement 1 angeordnete Auflage 7 ein.
Die Stirnseite 11 der Auflage 7 hat dieselbe Form
und Größe wie der Boden 9 der Vertiefung 6.
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Detektionseinrichtungen,
die die Betätigung des Bedienelements 1 feststellen,
sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den 1 bis 3 nicht
dargestellt. Gleiche Elemente sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In
der Darstellung nach 1 befindet sich der Hebel 2 des
Bedienelements 1 in seiner Nullstellung. Der Stößel 3 greift
mittig in den tiefsten Punkt der Ausnehmung 5 im Kippteil 4 ein
und drückt dieses gegen die Auflage 7. Der Boden 9 der
Vertiefung 6 liegt flächig an der Stirnseite 11 der
Auflage 7 an.
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Greift
eine nach oben gerichtete Kraft am linken Ende des Hebels 2 an,
so gleitet das abgerundete Ende des Stößels 3 über
die Oberfläche der Ausnehmung 5 nach unten. Somit
ergibt sich ein Zustand, wie er in 2 dargestellt
ist. Der Abstand zwischen der Oberfläche der Ausnehmung 5 und dem
Kipppunkt des Hebels 2 ist im Berührungspunkt des
Stößels 3 mit dem Kippteil 4 in 2 geringer
als in 1. Dadurch wird der Stößel 3 gegen
eine Federkraft entlang der Längsachse des Hebels 2 in Richtung
des Kipppunkts gedrückt. Durch die Kontur der Ausnehmung 5 wird
eine Kraft auf den Stößel 3 erzeugt,
die ein Drehmoment auf den Hebel 2 verursacht. Dieses Drehmoment
spürt der Benutzer, der das Bedienelement 1 betätigt,
als Gegenkraft. Lässt der Benutzer den Hebel 2 los,
so bewirkt dieses Moment eine Rückstellung des Hebels 2 in
die in 1 dargestellte Ruheposition.
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Lenkt
der Benutzer den Hebel 2 weiter aus, so ergibt sich der
in 3 dargestellte Zustand. Die vom Stößel 3 auf
das Kippteil 4 ausgeübte Kraft bewirkt ein Kippen
des Kippteils 4 um die Auflage 7. Das Kippteil 4 kippt
dabei gerade soweit, dass eine Seitenwand 8 der Vertiefung 6 an
der Auflage 7 anliegt. Ein weiteres Kippen des Kippteils 4 wird
von der Geometrie der Vertiefung 6 verhindert. Durch das Kippen
des Kippteils 4 ergibt sich eine schlagartige Verringerung
der auf den Hebel 2 ausgeübten Gegenkraft. Diese
Verringerung der Gegenkraft nimmt der Benutzer des Bedienelements
haptisch wahr und erhält somit eine Rückmeldung,
dass die Auslenkung des Hebels 2 die Schaltschwelle erreicht
hat.
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Lässt
der Bediener den Hebel 2 los, so erzeugt die von der Feder
auf den Stößel 3 ausgeübte Kraft
eine Kraftkomponente, die den Stößel 3 über die
Oberfläche der Ausnehmung 5 abrutschen lässt, bis
der Stößel 3, wie in 1 dargestellt,
die tiefste Stelle in der Ausnehmung 5 erreicht hat und
das Kippteil 4 zurückgekippt ist, so dass es wieder
mit dem Boden 9 der Vertiefung 6 an der Stirnseite 11 der Auflage 7 anliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005057023
A1 [0003]