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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehsteller mit einem versenkbaren, becherartigen Drehknopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In den verschiedensten Bereichen der Technik werden Drehsteller zur Einstellung von Parametern verwendet. Typische Anwendungsfälle sind zum Beispiel Bedieneinheiten wie Klimasteuergeräte oder Radios in Kraftfahrzeugen. Dabei ist es oftmals aus technischen oder ästhetischen Gesichtspunkten erwünscht, den Drehknopf des Drehstellers versenkbar auszuführen.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 22 50 621 A , insbesondere
3 und der dazugehörigen Beschreibung, ist ein versenkbarer Drehknopf für eine Einstellwelle bekannt. Der Drehknopf besteht aus einem becherartigen Drehgriffteil, in dem konzentrisch ein Schiebekörper drehbar gelagert ist. Zwischen dem Drehgriffteil und dem Schiebekörper ist eine Führungshülse angeordnet. Aufgrund von Stegen an der Außenseite der Führungshülse, die in Nuten im Drehgriffteil eingreifen, sind das Drehgriffteil und die Führungshülse drehfest, aber in axialer Richtung verschiebbar miteinander verbunden. Zapfen an der Außenseite des Schiebekörpers greifen in geschlossene Nutbahnen in der Innenseite der Führungshülse ein und bilden damit einen Schaltherz-Mechanismus, der zusammen mit einer Druckfeder im Schiebekörper und der Führungshülse eine versenkte und eine ausgefahrene Rastposition des Drehgriffteils erzeugen. Der Drehknopf ist fest auf einer mittels des Drehgriffteils zu drehenden Welle angeordnet.
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Der aus dem Stand der Technik bekannte Drehknopf weist unter anderem den Nachteil auf, dass er aus einer Vielzahl komplexer Einzelteile besteht und eine aufwendige Montage erfordert.
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Auch die Druckschriften
DE 101 23 536 C1 und
US 5,384,442 A beschreiben Bedieneinrichtungen bzw. Drehsteller mit versenkbaren Bedienknöpfen. Vorgeschlagen wird in der erstgenannten Druckschrift eine Kulissensteuerung, während die zweitgenannte Druckschrift einen Schaltherz-Mechanismus vorschlägt. Die beschriebenen Aufbauten der Vorrichtungen sind relativ kompliziert und aufwendig und setzen exakt geformte Einzelteile voraus.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfach konstruierten und montierbaren Drehsteller mit versenkbarem Drehknopf bereit zu stellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Der Patentanspruch 11 betrifft eine Kraftfahrzeug-Bedieneinheit mit einem erfindungsgemäßen Drehsteller.
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Ein erfindungsgemäßer Drehsteller mit einem versenkbaren, becherartigen Drehknopf weist ein Gehäuse, eine mit dem Drehknopf verbundene Drehachse, eine in Achsrichtung verschiebbar mit der Drehachse verbundene Buchse, in die die Drehachse eintaucht, eine gegen die innere Stirnseite des Drehknopfs wirkende Druckfeder und mindestens einen Schaltherz-Mechanismus auf. Der Drehsteller weist weiterhin ein fest im Gehäuse angeordnetes Halteelement mit zumindest einer eine Schaltherz-Nut bildenden Vertiefung in seiner äußeren Mantelfläche und einen in der Mantelfläche des Drehknopfs drehbar gelagerten Mitnehmer mit mindestens einem in eine Schaltherz-Nut eingreifenden Schaltherz-Zapfen auf. Dabei ist der Drehknopf fest mit der Drehachse und die Drehachse drehfest mit der Buchse verbunden. Die Buchse ist drehbar im Halteelement gelagert und die Druckfeder stützt sich auf dem Halteelement ab.
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Somit ergibt sich ein konzentrischer Aufbau des Drehstellers aus, von innen nach außen gesehen, der Drehachse, der Buchse, dem Halteelement und der Mantelfläche des Drehknopfs. Der Drehknopf hat die Form eines Bechers mit einer Mantelfläche und einer Stirnseite, die den Boden des Bechers bildet. Die Druckfeder wirkt zwischen dem Halteelement und dem Drehknopf. Bevorzugt handelt es sich bei der Druckfeder um eine Spiralfeder, die konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist.
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Wird der Drehknopf gedreht, so drehen sich gleichzeitig die Drehachse und die Buchse mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit. Der Schaltherz-Zapfen des drehbar in der Mantelfläche des Drehknopfs gelagerten Mitnehmers greift in die Schaltherz-Nut in der Außenseite des Halteelements ein und verdreht sich demnach nicht gegenüber dem Halteelement.
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Befindet sich der Drehknopf in seiner ausgefahrenen Position und wird er in das Gehäuse hineingedrückt, so taucht die Drehachse tiefer in die Buchse ein. Gleichzeitig läuft der Schaltherz-Zapfen am Mitnehmer in der Schaltherz-Nut des Halteelements. Wurde beim Hineindrücken des Drehknopfs die Rastschwelle überschritten, so drückt die Druckfeder nach dem Loslassen des Drehknopfs den Schaltherz-Zapfen in eine Ausformung der Schaltherz-Nut. Dadurch wird erreicht, dass der Drehknopf in seiner versenkten Position bleibt und nicht wieder aus dem Gehäuse herausgedrückt wird.
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Nach einem weiteren Eindrücken des Drehknopfs über die Schaltschwelle hinaus verlässt der Schaltherz-Zapfen die Ausformung der Schaltherz-Nut und die Druckfeder drückt nach dem Loslassen des Drehknopfs den Drehknopf wieder in seine ausgefahrene Position. Nach zweimaligem Drücken des Drehknopfs hat der Schaltherz-Zapfen die Schaltherz-Nut einmal durchlaufen. Das Prinzip des Schaltherz-Mechanismus ist beispielsweise von Kugelschreibern bekannt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist der Drehsteller zur Erzeugung einer Drehrast eine Rasteinrichtung zwischen dem Halteelement und der Buchse auf. Die Rasteinrichtung besteht beispielsweise aus mindestens einer in Vertiefungen eingreifenden Rastfeder. In einer Ausführungsform ist die Rastfeder im Halteelement angeordnet und die Vertiefungen sind in die Buchse eingebracht. Alternativ ist die Rastfeder an der Buchse angeordnet und die Vertiefungen sind in das Halteelement eingebracht. In einer weiteren Ausgestaltungsform weist die Rasteinrichtung mindestens eine Rastkugel auf.
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Bevorzugt ist zwischen der Druckfeder und der Stirnseite des Drehknopfs eine Gleitscheibe angeordnet. Diese Gleitscheibe vermindert die Reibung zwischen der Druckfeder und dem Drehknopf und somit die zur Drehung des Drehknopfs notwendige Kraft.
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In vorteilhafter Weise weist der Drehsteller eine Einrichtung zur Detektion der axialen Position des Drehknopfs auf. Mittels dieser Einrichtung lässt sich feststellen, ob sich der Drehknopf in der ausgefahrenen oder der versenkten Position befindet. In einer Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Einrichtung zur Detektion der axialen Position des Drehknopfs eine Lichtschranke auf. In einer alternativen Ausgestaltungsform weist die Einrichtung zur Detektion der axialen Position des Drehknopfs einen Taster auf. Dieser wird beispielsweise von der Mantelfläche des Drehknopfs betätigt, wenn sich der Drehknopf in der versenkten Position befindet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Drehsteller eine Einrichtung zur Erfassung der Drehstellung des Drehknopfes auf. Diese Einrichtung besteht bevorzugt aus mindestens einer Lichtschranke und einer drehfest mit der Buchse verbundenen Codiereinrichtung. Bei der Codiereinrichtung handelt es sich beispielsweise um eine mit Löchern versehene Codierscheibe oder eine Segmentscheibe. Die Codiereinrichtung bewegt sich in bekannter Art im Erfassungsbereich der Lichtschranke und moduliert so die empfangene Lichtintensität. Dabei werden entweder der absolute Drehwinkel des Drehknopfs oder die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit ermittelt.
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Ein erfindungsgemäßer Drehsteller wird beispielsweise in einer Kraftfahrzeug-Bedieneinheit eingesetzt.
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Die vorliegende Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt
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1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehsteller.
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Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen Drehsteller 1 in der ausgefahrenen Grundstellung des Drehknopfes 2. Der rotationssymmetrisch ausgebildete Drehknopf 2 ist fest mit einer konzentrischen, ebenfalls rotationssymmetrischen Drehachse 4 verbunden. Die Drehachse 4 erstreckt sich in eine Buchse 5 hinein, mit der sie drehfest, aber in axialer Richtung verschiebbar verbunden ist. Die Buchse 5 ist drehbar in einem Halteelement 7 gelagert. Das Halteelement 7 besteht im Wesentlichen aus zwei konzentrischen Zylindern. Im inneren Zylinder ist die Buchse 5 gelagert. Der äußere Zylinder weist einen Außendurchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Mantelfläche des becherartigen Drehknopfs 2. Dadurch ist eine Relativbewegung des Halteelementes 7 in den Drehknopf 2 hinein möglich.
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Der Drehknopf 2 weist einen konzentrisch zur Mantelfläche angeordneten Innenzylinder auf. Dieser Innenzylinder ist zwischen der Mantelfläche des Drehknops 2 und der Drehachse 4 angeordnet und erstreckt sich in das Innere einer Spiralfeder 6, deren erstes Ende gegen die innere Stirnfläche des Drehknopfs 2 drückt und deren zweites Ende zwischen den beiden Zylindern des Halteelementes auf dem Halteelement 7 aufliegt. Zwischen der Druckfeder 6 und dem Drehknopf 2 ist eine Gleitscheibe 13 angeordnet, die bei einer Drehung des Drehknopfs 2 die Reibung zwischen diesen beiden Bauteilen verringert.
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An seinem der Stirnseite abgewandten Ende der Mantelfläche weist der Drehknopf 2 eine umlaufende, ringförmige Nut auf. In dieser Nut ist ein ringförmiger Mitnehmer 8 drehbar gelagert, von dem aus sich zwei Zapfen 9 in Richtung der Drehachse 4 erstrecken. Die beiden Zapfen liegen auf dem inneren Rand des Mitnehmers 8 einander gegenüber und greifen in herzförmige Nuten 10 ein, die an gegenüberliegenden Seiten in die äußere Mantelfläche des äußeren Zylinders des Halteelementes 7 eingebracht sind. Durch das Zusammenspiel der Zapfen 9, der Nuten 10 und der Druckfeder 6 ergibt sich ein Schaltherz-Mechanismus, der den Drehknopf 2 in der in 1 dargestellten ausgefahrenen Position oder der nicht dargestellten versenkten Position festhält.
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Auf einer Platine 14, die senkrecht zur Drehachse 4 im Gehäuse 3 angeordnet ist, ist eine Lichtschranke, bestehend aus einem Sender 15 und einem Empfänger 16 angeordnet. In dem in 1 dargestellten, ausgefahrenen Zustand des Drehknopfs 2 empfängt der Empfänger 16 das vom Sender 15 abgestrahlte Licht. Ist der Drehknopf 2 im Gehäuse 3 versenkt, so befindet sich die Mantelfläche des Drehknopfs 2 zwischen dem Sender 15 und dem Empfänger 16, so dass das Licht des Senders 15 den Empfänger 16 nicht erreicht. Aus dem Ausgangssignal des Empfängers 16 lässt sich somit die axiale Position des Drehknopfs 2 ermitteln.
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An der Innenseite des inneren Zylinders des Halteelementes 7 sind zwei Rastfedern 12 angeordnet, die in Vertiefungen 11 am Umfang der Buchse 5 eingreifen. Wird der Drehknopf 2 gedreht, so dreht sich über die Drehachse 4 auch die Buchse 5 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit. Dabei gleiten die Rastfedern 12 über die Kontur der Vertiefungen 11 und erzeugen somit eine Drehrast, die vom Benutzer wahrnehmbar ist.
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An dem den Drehknopf 2 abgewandten Ende der Buchse 5 ist drehfest eine Segmentscheibe 17 angeordnet. Am äußeren Rand dieser Segmentscheibe 17 erstrecken sich gleichmäßig beabstandete Zinnen senkrecht zur Segmentscheibe 17. Bei einer Drehung des Drehknopfes 2 rotieren die Zinnen der Segmentscheibe 17 durch den Erfassungsbereich einer Lichtschranke. Diese Lichtschranke wird durch den Sender 19 und die beiden Empfänger 20 und 21 gebildet, die alle auf der Platine 14 befestigt sind. In dem Erfassungsbereich der Lichtschranke befindet sich weiterhin eine ortsfeste Blende 18. Aus dem Verlauf der Ausgangssignale der Empfänger 20 und 21 lässt sich mit Hilfe einer nicht dargestellten Auswerteelektronik auf die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit des Drehknopfes 2 schließen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Drehachse 4 aus Stahl. Bei der Herstellung des Drehknopfes wird die Drehachse 4 in ein Spritzwerkzeug eingebracht und mit dem Werkstoff des Drehknopfes, beispielsweise ABS oder PC, umspritzt. Die Buchse 5, der Mitnehmer 8 und die Gleitscheibe 13 bestehen beispielsweise aus POM.
