DE102011103670B4

DE102011103670B4 - Druck- und drehbetätigbares Bedienelement

Info

Publication number: DE102011103670B4
Application number: DE102011103670.2A
Authority: DE
Inventors: Sabrina Blöink; Udo Renisch
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: US9190228B2; EP2718779B1; EP2718779A1; US20140034461A1; ES2553236T3; WO2012168247A1; CN103797434B; CN103797434A; DE102011103670A1

Abstract

Beschrieben wird ein druck- und drehbetätigbares Bedienelement, mit einem Betätigungselement, welches mittels einer Lagerwelle an einem Lagerbock drehbar gelagert ist, mit wenigstens einem Schaltelement, welches durch eine Druckbetätigung des Betätigungselements betätigbar ist, mit einem Sensorelement zur Erfassung einer Drehbetätigung des Betätigungselements, mit einem mit der Lagerwelle verbundenen Rastrad, und mit einem federbelastetem Rastelement, welches mit einer Rastkontur des Rastrads zusammenwirkt und bei einer Druckbetätigung des Betätigungselements dessen Drehbeweglichkeit aufhebt, wobei das Rastelement als ein um ein Drehlager verschwenkbarer Hebel ausgebildet ist, der einen an der Rastkontur anliegenden Rastbolzen aufweist, und wobei eine Druckbetätigung des Betätigungselement einen Abschnitt des Hebels einem Gegenstand annähert, der den Verschwenkbereich des Hebels begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein druck- und drehbetätigbares Bedienelement, mit einem Betätigungselement, welches mittels einer Lagerwelle an einem Lagerbock drehbar gelagert ist, mit wenigstens einem Schaltelement, welches durch eine Druckbetätigung des Betätigungselements betätigbar ist, mit einem Sensorelement zur Erfassung einer Drehbetätigung des Betätigungselements, mit einem mit der Lagerwelle verbundenen Rastrad, und mit einem federbelastetem Rastelement, welches mit einer Rastkontur des Rastrads zusammenwirkt und bei einer Druckbetätigung des Betätigungselements dessen Drehbeweglichkeit aufhebt.
Bei einer aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 15 360 A1 bekannten Bedienvorrichtung ist ein als Walzenrändel ausgebildetes Betätigungselement auf einem Lagerbock drehbar gelagert. Mit Hilfe von Klipsen haltert der Lagerbock zudem eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte von Zapfen, die am Lagerbock angeformt sind, durchdrungen wird. Der Lagerbock und die Leiterplatte sind somit gegeneinander unbeweglich miteinander verbunden. Des Weiteren ist das Betätigungselement hinsichtlich von Bewegungen senkrecht zu seiner Drehachse gegenüber dem Lagerbock und dem Schaltungsträger unverschieblich angeordnet. Um eine Druckbetätigung des Betätigungselements auf ein Schaltelement übertragen zu können, stützt sich das am Schaltungsträger angeordnete Schaltelement gegen ein separates Gehäuse ab. Die aus Betätigungselement, Lagerbock und Leiterplatte montierte Baugruppe ist gegenüber diesem Gehäuse beweglich gelagert.
Diese Bedienvorrichtung weist ein drehfest mit dem Betätigungselement verbundenes Rastrad auf, welches Ausnehmungen besitzt, in das, bei einer Druckbetätigung des Betätigungselements, eine federbelastete Raste eindringt und so dessen Drehbeweglichkeit blockiert. Ohne eine Druckbetätigung ist die Drehbeweglichkeit des Betätigungselements nicht durch das Rastrad beeinflusst.
Für manche Anwendungen ist es erwünscht, dass ein drehbetätigtes Bedienelement erkennbare Raststufen aufweist. Hierfür wird beispielsweise ein Rad mit einer wellenförmigen Rastkontur vorgesehen, an der ein federbelasteter Rastbolzen anliegt.
Eine Drehbetätigung des Bedienelements mit Raststufen ist aus der DE 197 15 360 A1 nicht ersichtlich, da die in die Ausnehmungen des Rastrads eingreifende Raste hier nur eine Sperrung oder eine Freigabe des Betätigungselements erlaubt. Zur Erzielung eines rastenden Drehens des Bedienelements wären daher zusätzliche Mittel erforderlich, welche in diesem Dokument nicht offenbart sind. Diese zusätzlichen Mittel würden auch einen zusätzlichen Kostenaufwand und einen zusätzlichen Bauraum erfordern.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein druck- und drehbetätigbares Bedienelement zu schaffen, das sowohl ein rastendes Drehen als auch eine Sperrung der Drehbewegung bei einer Druckbetätigung realisiert, und sich durch einen platzsparenden und kostengünstigen Aufbau auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Rastelement als ein um ein Drehlager verschwenkbarer Hebel ausgebildet ist, der einen an der Rastkontur anliegenden Rastbolzen aufweist, und dass eine Druckbetätigung des Betätigungselement einen Abschnitt des Hebels einem Gegenstand annähert, der den Verschwenkbereich des Hebels begrenzt.
Der verschwenkbare Hebel erfüllt dabei zwei Funktionen auf vorteilhafte Weise. Indem er einen Rastbolzen ausbildet, der federbelastet an der wellenförmigen Rastkontur des Rastrades anliegt, bewirkt er eine Schalthaptik, bei der bei einer Drehbetätigung des Betätigungselements fühlbare Raststufen erkennbar sind.
Eine Druckbetätigung des Betätigungselements verschiebt den Lagerbock und den daran gelagerten Hebel, bis der Hebelarm auf einen festen Gegenstand, wie etwa auf den Schaltungsträger oder ein Gehäuseteil des Bedienelements trifft oder sich zumindest dicht annähert. Hierdurch liegt der Rastbolzen unverschieblich am Rastrad an und blockiert das Rastrad durch das kraftschlüssige Eingreifen in die Rastkontur. Der Rastbolzen ermöglicht so eine Sperrung der Drehfunktion während der Betätigung der Druckfunktion und umgekehrt.
Vorteilhaft ist es, wenn die Sensorik für die Drehfunktion sich auf einer separaten Leiterplatte befindet, die flexibel oder starr ausgeführt sein kann und mit dem Betätigungselement in einer Baugruppe integriert ist. Die Sensorik der Drehfunktion kann dadurch von der Sensorik der Druckfunktion mechanisch weitgehend entkoppelt werden. Hierdurch ist ein relativ großer Hub für die Druckfunktion umsetzbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:
1 das Bedienelement in einer isometrischen Darstellung,
2 das Bedienelement in einer Schnittansicht,
3 das Bedienelement in einer Schnittansicht durch die Rastung während der Drehbetätigung,
4 und 5 das Bedienelement in einer Schnittansicht durch die Rastung während der Betätigung der Druckfunktion.
Die 1 zeigt ein druck- und drehbetätigbares Bedienelement in einer isometrischen Darstellung. Das Bedienelement weist ein im Wesentlichen zylinderförmiges Betätigungselement 1 auf, welches auf einer Lagerwelle 2 sitzt, die an einem Lagerbock 3 drehbar gelagert ist. Der Lagerbock 3 ist in einen Gehäuse 4 linear beweglich geführt, so dass der Lagerbock 3 bei einer Druckbetätigung des Betätigungselements 1 gegen das Gehäuse 4 verschiebbar ist. Der Lagerbock 3 stützt sich auf mindestens einem Schaltdom 14 einer Domschaltmatte 13 ab, der bei einer Druckeinwirkung auf das Betätigungselement 1 zusammengepresst wird und dadurch einen nicht dargestellten Schaltkontakt auf einem unterhalb der Domschaltmatte 13 angeordneten Schaltungsträger 12 schließt oder unterbricht, wodurch die Druckbetätigung durch eine hier ebenfalls nicht dargestellte Elektronik sensierbar ist. Als Schaltelement kann statt des Schaltdoms 14 alternativ auch ein Mikrotaster vorgesehen sein.
Ein weiterer Schaltungsträger, ausgeführt als eine flexible oder starre Leiterplatte 5 ist am Lagerbock 3 zur elektrischen Anbindung eines Sensorelements 6 angeordnet, welches Drehbewegungen des Betätigungselements 1 erfasst. Hierzu sitzt auf der Lagerwelle 2 des Betätigungselements 1 ein Signalgeber 8, der hier rein beispielhaft als flügelradartige Codescheibe ausgebildet ist, und der mit einem optischen Sensorelement 6 in Form einer Gabellichtschranke zusammenwirkt. Selbstverständlich kann die Sensorik zur Erfassung der Drehbetätigung des Betätigungselements 1 auch nach einem anderen Messprinzip funktionieren, beispielsweise indem ein magnetfeldsensierendes Hallelement die Drehstellung eines Magnetrades erfasst.
Zwischen dem Betätigungselement 1 und der Codescheibe 8 ist in der 1 ein Rastrad 7 mit einer entlang des Umfangs verlaufenden wellenförmigen Rastkurve 15 erkennbar. Wie die Querschnittsansicht der 2 verdeutlicht, ist das Rastrad 7 mit der Lagerwelle 2 verbunden. Unterhalb des Rastrades 7 ist am Gehäuse 4 eine Feder 10 gelagert, die einen Rastbolzen 16 gegen die Rastkurve 15 des Rastrades 7 presst.
In der 3, die einen Querschnitt durch das Rastrad 7 und den Rastbolzen 16 zeigt, ist ersichtlich, dass der Rastbolzen 16 einstückig mit einem Hebel 9 ausgebildet ist, der mit einem Endabschnitt um ein Drehlager 17 am Lagerbock 3 verschwenkbar gelagert ist. Aufgrund der Lagerung an einem seiner Endabschnitte bildet der Hebel 9 einen im physikalischen Sinne einarmigen Hebel aus. In einem mittleren Bereich weist der Hebel 9 den ungefähr senkrecht zu seiner Erstreckungsrichtung angeformten Rastbolzen 16 auf, der von der auf die Unterseite des Hebels 9 einwirkenden Feder 10 gegen die Rastkurve des Rastrades 7 gepresst wird. Der dem Drehlager 17 gegenüberliegende freie Endabschnitt 11 des Hebels 9 steht in der hier dargestellten Stellung des Betätigungselements 1 frei zur Seite ab.
Wird nun das Betätigungselement 1 um die Lagerwelle 2 gedreht, so folgt die vertikale Position des Rastbolzens 16, der aufgrund der auf den Hebel 9 wirkenden Kraft der Feder 10 ständig am Rastrad 7 anliegt, dem Verlauf der Rastkurve 15. Dadurch führt der Hebel eine periodische Schwenkbewegung um das Drehlager 17 aus, die am freien Endabschnitt 11 des Hebels 9 aufgrund der relativ kleinen Auslenkungen als Aufwärts-/Abwärtsbewegung erkennbar ist. Der Kraftaufwand zum Drehen des Betätigungselements variiert ebenfalls mit dem periodischen Verlauf der Rastkurve 15, was haptisch als eine rastende Drehung wahrgenommen wird.
Erfolgt dagegen eine Druckbetätigung des Bedienelements, was in der 4 durch den Richtungspfeil einer Kraft F in senkrechter Richtung auf das Betätigungselement 1 angedeutet ist, so wird der Lagerbock 3 senkrecht zum Gehäuse 4 verschoben, wodurch der Schaltdom 14 zusammengepresst wird und auf dem Schaltungsträger einen Schaltkontakt öffnet oder schließt. Hierdurch wird ein auswertbares elektrisches Signal generiert.
Durch die Verschiebung des Lagerbocks 3 verringert sich zugleich der Abstand zwischen dem freien Endabschnitt 11 des Hebels 9 und einem feststehenden Gegenstand, etwa einem Teil des Gehäuses 4 oder, wie hier dargestellt, dem Schaltungsträger 12. Das Auftreffen des Endabschnitts 11 des Hebels 9 auf den Schaltungsträger 12 bildet so einen Endanschlag für die Druckbetätigung aus.
Wie die 5 zeigt, wird beim Versuch, ein druckbetätigtes Betätigungselement 1 zusätzlich zu drehen, die nächste Erhebung der Rastkurve 15 den Rastbolzen 16 weiter gegen die Feder 10 auslenken. Hierdurch wird der Endabschnitt 11 des Hebels 9 fester gegen den Schaltungsträger 12 gepresst. Eine Verschiebung des Rastbolzens 16 ist somit nur noch mit einem erheblichen Kraftaufwand, beziehungsweise bei einem ausreichend starr ausgeführten Hebel 9 gar nicht mehr möglich, so dass die Drehbeweglichkeit des Betätigungselements 1 nun stark eingeschränkt oder sogar aufgehoben ist. Die Drehfunktion ist damit gesperrt. Die Freigabe der Drehfunktion erfolgt erst bei einem Nachlassen der Krafteinwirkung auf das Betätigungselement 1, und wird also erst mit der Beendigung der Druckbetätigung wieder möglich.
Die Erfindung schafft ein sowohl dreh- als auch druckbetätigbares Bedienelement bei dem eine gleichzeitige Betätigung beider Funktionen gesperrt ist. Das erfindungsgemäße Bedienelement kann vorzugsweise als Lenkradbedienelement in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Betätigungselement
2: Lagerwelle
3: Lagerbock
4: Gehäuse
5: Leiterplatte
6: Sensorelement
7: Rastrad
8: Signalgeber (Codescheibe)
9: Hebel, Rastelement
10: Feder
11: freier Endabschnitt (Abschnitt)
12: Schaltungsträger (Gegenstand)
13: Domschaltmatte
14: Schaltdom (Schaltelement)
15: Rastkurve
16: Rastbolzen
17: Drehlager
F: Kraft

Claims

Druck- und drehbetätigbares Bedienelement, mit einem Betätigungselement (1), welches mittels einer Lagerwelle (2) an einem Lagerbock (3) drehbar gelagert ist, mit wenigstens einem Schaltelement (14), welches durch eine Druckbetätigung des Betätigungselements (1) betätigbar ist, mit einem Sensorelement (6) zur Erfassung einer Drehbetätigung des Betätigungselements (1), mit einem mit der Lagerwelle (2) verbundenen Rastrad (7), und mit einem federbelastetem Rastelement (9), welches mit einer Rastkontur des Rastrads (7) zusammenwirkt und bei einer Druckbetätigung des Betätigungselements (1) dessen Drehbeweglichkeit aufhebt, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (9) als ein um ein Drehlager (17) verschwenkbarer Hebel ausgebildet ist, der einen an der Rastkontur anliegenden Rastbolzen (16) aufweist, und dass eine Druckbetätigung des Betätigungselement (1) einen Abschnitt (11) des Hebels (9) einem Gegenstand (12) annähert, der den Verschwenkbereich des Hebels (9) begrenzt.
Druck- und drehbetätigbares Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (11) ein freier Endabschnitt des Hebels (9) ist.
Druck- und drehbetätigbares Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand ein Schaltungsträger (12) oder ein Gehäuseteil des Bedienelements ist.
Druck- und drehbetätigbares Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement ein Schaltdom (14) einer Domschaltmatte (13) ist.
Druck- und drehbetätigbares Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (14) ein Mikrotaster ist.
Druck- und drehbetätigbares Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (1) zylinder- oder scheibenförmig ausgebildet ist.
Druck- und drehbetätigbares Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement am Lenkrad des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.