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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Schalteinrichtung, umfassend einen Lenkstockschalter für den automobilen Einsatz.
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Stand der Technik
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Schalteinrichtungen und insbesondere Lenkstockschalter sind im Stand der Technik weit bekannt. Lenkstockschalter umfassen für gewöhnlich mindestens einen um mindestens eine Schwenkachse schwenkbaren Bedienhebel, welcher gegenüber einer Aufnahme des Bedienhebels unterschiedliche stabile Stellungen annehmen kann. Über das Bedienelement als Mensch-Maschine-Interface (MMI) kann der Anwender eines Fahrzeugs z. B. den Scheibenwischer, die Lichtanlage, Funktionen des Bordcomputers und andere Funktionen bedienen. Einerseits ist es erforderlich, dass der Lenkstockschalter gegenüber dem Anwender eine definierte Rückmeldung in Form von Raststellungen bereitstellt, so dass der Anwender über die Position und die mit ihr korrespondierenden Signale informiert wird. Für die Rückmeldung an den Fahrer kommt mitunter eine sogenannte Rastkulisse zum Einsatz, in welcher ein Kulissenstift eine vordefinierte Kontur abfährt und durch eine Kraftwirkung zwischen dem im Bedienhebel angeordneten Kulissenstift und der Kulisse eine Rückmeldung an den Anwender des Fahrzeugs erfolgt. Andererseits müssen die unterschiedlichen Positionen des Lenkstockschalters durch das Fahrzeug bzw. seine Elektronik interpretiert und ausgewertet werden. Die Messung der Position des Lenkstockschalters bzw. dessen Bedienelements erfolgt im Stand der Technik beispielsweise durch ein elektromechanisches Schleifersystem nach dem Potentiometerprinzip oder optisch über die Auswertung eines LED-Musters.
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Die
DE 101 60 801 A1 zeigt eine Schalteinrichtung mit Rastbolzen sowie eine Rastbolzen-Anordnung, bei welcher mehrere bewegliche Andruckarme mit Umlenkelementen dafür sorgen, dass die Andruckarme durch eine Rastfeder gegen eine Innenwandung einer zugeordneten Rastbolzenaufnahme gedrückt werden.
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Die
DE 10 2006 057 571 A1 betrifft einen Lenkstockschalter für Kraftfahrzeuge, bei welchem mindestens ein um eine Schwenkachse schwenkbarer Bedienhebel einen verschwenkbaren Magneten aufweist, welcher mit einem ortsfesten Magnetfeldsensor zusammenwirkt. Dabei ist der Magnetfeldsensor so ausgebildet, dass die Schwenklage des Magneten und/oder verschiedene Abstände des Magneten zu dem Magnetfeldsensor bestimmbar sind.
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Die
DE 197 49 330 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Anpassen von Schaltstellungen eines mechanisch betätigbaren Schaltmittels, bei welchem ein an die Bewegung des Schaltmittels gekoppelter magnetischer Signalgeber und ein ortsfest bezüglich des magnetischen Signalgebers angeordnetes Sensorarray zusammenwirken, um die Position des Schaltmittels bestimmbar zu machen. Dabei ist der magnetische Signalgeber bezüglich des Sensorarrays dergestalt angeordnet, dass sich bei einer Betätigung des Schaltmittels von einer Schaltstellung in eine weitere Schaltstellung die am Ausgang der Wandler des Sensorarrays abgreifbare Spannungen infolge der an die Bewegung des Schaltmittels gekoppelten Bewegung des magnetischen Signalgebers ändert.
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Dem bekannten Stand der Technik ist dabei gemeinsam, dass ein ungünstig hoher Bauraumbedarf besteht und die Anzahl der benötigten Bauteile eine unnötig hohe Komplexität der Systeme zur Folge hat. Der Bauteilbedarf sowie die Fertigung der gezeigten Vorrichtungen resultiert dabei in unerwünscht hohen Kosten.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik auszuräumen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Schalteinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Entsprechend weist eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung eine Kulisse und einen gegenüber der Kulisse schwenkbaren Bedienhebel auf. Der Bedienhebel umfasst einen Magnetfeldsensor, ein Magnetelement und ein im Bedienhebel verschiebbares Element. Unter einem Magnetelement sei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element verstanden, welches im Stande ist bzw. eingerichtet ist, ein vordefiniertes Magnetfeld zu erzeugen. Das verschiebbare Element kann in wenigstens einer Wirkrichtung verschiebbar im Bedienhebel gelagert sein und eingerichtet sein, eine Änderung des durch das Magnetelement am Magnetsensor hervorgerufenen Magnetfeldes zu bewirken. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das verschiebbare Element ein Material mit einer magnetischen Permeabilität ungleich derjenigen von Luft aufweist, und bei der Bedienung des Bedienhebels zwischen den Magnetfeldsensor und das Magnetelement gebracht wird. Unter einer Kulisse sei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Struktur verstanden, welche eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Stellung des Bedienhebels unterschiedliche Abstände von diesem aufzuweisen und dabei zumindest von einem Element des Bedienhebels überstrichen zu werden bzw. abgetastet zu werden. Erfindungsgemäß kann das verschiebbare Element des Bedienhebels einen Abschnitt aufweisen, welcher über die Oberfläche der Kulisse bzw. ihre Kontur geführt werden kann.
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Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugt kann der Magnetfeldsensor im verschiebbaren Element angeordnet sein und das Magnetelement ortsfest im Bedienhebel angeordnet sein. Durch eine Verschiebung des verschiebbaren Elements im Bedienhebel kann sich somit eine mit der Kontur der Kulisse korrespondierende Veränderung des Abstandes zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Magnetelement ergeben. Vergrößert sich der Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Magnetelement, wird im Allgemeinen auch die vom Magnetfeldsensor erfasste Magnetfeldstärke abnehmen. Diese Beziehung kann somit dafür verwendet werden, die Stellung des Bedienhebels der Schalteinrichtung zu festzustellen. Alternativ kann das Magnetelement im verschiebbaren Element angeordnet sein und der Magnetfeldsensor ortsfest im Bedienhebel angeordnet sein. Diese Alternative stellt im Wesentlichen die kinematische Umkehr zum vorstehend genannten Aufbau dar. Ein Vorteil beider vorgenannter Alternativen besteht darin, dass sich der Aufbau erfindungsgemäß gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht.
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Erfindungsgemäß kann weiter bevorzugt das verschiebbare Element einen Kulissenstift umfassen, welcher an einem der Kulisse abgewandten Ende einen Permanentmagneten als Magnetelement aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass das verschiebbare Element nicht mit elektrischer Energie versorgt werden muss und sich der Aufbau der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung hierdurch weiter vereinfacht.
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Weiter bevorzugt kann der Kulissenstift ein der Kulisse zugewandtes Ende aufweisen, welches eingerichtet ist, bei einer Betätigung des Bedienhebels entlang einer Kontur der Kulisse zu gleiten und/oder zu rollen. Mit anderen Worten ”tastet” das der Kulisse zugewandte Ende die Kontur der Kulisse ab. Wird der Kulissenstift gegenüber der Kulisse vorgespannt, kann sich eine Rückmeldung an den Anwender der Schalteinrichtung dergestalt ergeben, dass bei einer Bewegung des Bedienhebels unter Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Hebelpunkt des Bedienhebels und der Kulissenkontur, mit welcher der Kulissenstift in Kontakt steht, eine die Bewegung des Bedienhebels unterstützende Wirkung ergibt, während hingegen bei einer Verringerung des Abstandes zwischen dem Hebelpunkt des Bedienhebels und der aktuell kontaktierten Oberfläche der Kontur der Kulisse der Anwender einen Widerstand erfährt. Hierdurch ergibt sich eine einfache Möglichkeit, eine Kraftrückwirkung an den Anwender in Abhängigkeit der Position des Bedienhebels darzustellen.
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Weiter bevorzugt kann die erfindungsgemäße Schalteinrichtung eine Verarbeitungseinrichtung umfassen, welche eingerichtet ist, Signale des Magnetfeldsensors zu empfangen. Die Signale können der Verarbeitungseinrichtung beispielsweise über elektrische Leitungen zugeführt werden, im Ansprechen worauf die Stärke der Signale klassifiziert und mit vordefinierten Schwellwerten und/oder Wertebereichen verglichen werden, um eine aktuelle Schaltstellung des Bedienelements festzustellen. Dies bietet den Vorteil, dass die von der Schalteinrichtung abgegebenen Signale bereits dergestalt aufbereitet sein können, dass sie mit der Dateninfrastruktur beispielsweise eines CAN, MOST, FlexRay oder anderen Bus-Systemen eines Fahrzeugs ohne Weiteres transportiert, interpretiert und anschließend weiterverarbeitet werden können.
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Weiter bevorzugt kann die Schalteinrichtung Speichermittel umfassen, in welcher die vordefinierten Schwellwerte bereitgehalten werden. Die Speichermittel können beispielsweise in Form eines Flashspeichers oder in Form einfacher Spannungsteiler vorgehalten und zum Vergleich mit den vom Magnetfeldsensor erhaltenen Signalen herangezogen werden. Dies bietet den Vorteil, dass die vordefinierten Schwellwerte oder Wertebereiche innerhalb der Schalteinrichtung vorgehalten werden können und nicht außerhalb dieser gespeichert und zum Vergleich abgerufen werden müssen.
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Weiter vorteilhaft kann die Verarbeitungseinrichtung einen Mikroprozessor umfassen, welcher insbesondere programmierbar ausgeführt sein kann. Hierdurch ist eine Verfahrensweise bei der Verarbeitung der empfangenen Signale des Magnetfeldsensors hinsichtlich des Erhalts, der Klassifikation und des Vergleichs mit den vordefinierten Schwellwerten im Bedarfsfalls z. B. an aktuelle Umgebungsbedingungen und Betriebszustände des Fahrzeugs anpassbar.
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Weiter bevorzugt kann das verschiebbare Element des Bedienhebels mittels Federkraft gegenüber der Kontur der Kulisse vorgespannt werden, wodurch sich ein exakt vordefinierbarer Zusammenhang zwischen der Winkelstellung des Bedienhebels und der seitens des Anwenders auf den Bedienhebel aufzuwendenden Kraft ergibt. Beispielsweise kann das Federelement einen Teil des verschiebbaren Elements bzw. des Kulissenstiftes derart umgeben, dass das eine Ende des Federelements gegenüber einem Gehäuseteil und das andere Ende des Federelements gegenüber einem Vorsprung innerhalb des verschiebbaren Elements vorgespannt ist. Auf diese Weise führt der innerhalb des Federelements verlaufende Teil des verschiebbaren Elements die Feder und sorgt für einen exakt vordefinierten Verformungsverlauf.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungsfiguren. In diesen zeigen:
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1 einen schematischer Aufbau eines Querschnittes durch eine Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 ein Diagramm veranschaulichend einen möglichen Zusammenhang zwischen dem Signal des Magnetfeldsensors als Funktion des Winkels des Bedienhebels der in 1 gezeigten Anordnung, und
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3 ein Blockschaltbild mit Elementen zur Auswertung der Position eines Bedienhebels in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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1 stellt eine geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung 1 dar, in welcher ein verschiebbares Element 6 eines Bedienhebels 3 in Kontakt mit einer Kulisse 2 steht. Eine Feder 9 ist um einen mittleren Bereich des verschiebbaren Elements 6 gewickelt bzw. angeordnet und stützt sich dabei mit einem ersten Ende an einem Vorsprung des verschiebbaren Elementes 6, mit einem zweiten Ende gegenüber dem Gehäuse 3a des Bedienhebels 3 ab. Auf diese Weise bewirkt die Feder 9 eine Vorspannung zwischen der Kulisse 2 und dem verschiebbaren Element 6. Das Gehäuse 3a weist eine Öffnung auf, durch welche das verschiebbare Element 6 geführt wird. Innerhalb des Gehäuses 3a weist das verschiebbare Element 6 an seinem der Kulisse 2 gegenüberliegenden Ende einen Magneten 5 als Magnetelement auf. In einem veränderlichen Abstand D zum Magneten 5 ist ortsfest innerhalb des Gehäuses 3a ein Magnetfeldsensor 4 angeordnet. Während zur Veranschaulichung auf elektrische Leitungen des Magnetfeldsensors 4 verzichtet wurde, ist dieser dennoch eingerichtet, einerseits mit elektrischer Energie versorgt zu werden, andererseits ermittelte bzw. erzeugte Signale an die Peripherie des Bedienhebels 3 bzw. der Schalteinrichtung 1 (z. B. an das Fahrzeugbordnetz) abzugeben. Auf die Zusammenhänge und das Zusammenwirken zwischen der Kontur der Kulisse 2 und dem verschiebbaren Element 6 bei einer Bewegung des schwenkbaren Bedienhebels 3 wird in Zusammenhang mit 2 näher eingegangen.
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2 zeigt ein Diagramm veranschaulichend den Zusammenhang zwischen einem Sensorsignal S des in 1 gezeigten Magnetfeldsensors 4 und dem Winkel Wx als mögliche Positionen des Bedienhebels 3. Die in 1 gezeigte Darstellung korrespondiert mit einer Winkelstellung W2, an welcher der Kulissenstift des verschiebbaren Elementes 6 maximal aus dem Gehäuse 3a des Bedienhebels 3 hervorsteht (Position P2). Da der Abstand B zwischen dem Magnetfeldsensor 4 und dem auf dem verschiebbaren Element 6 angeordneten Magnetelement 5 in dieser Stellung ebenfalls maximal ist, ist das Signal S2 des Magnetfeldsensors 4 in dieser Position am schwächsten. Wird der Bedienhebel 3 so geschwenkt, dass der Kulissenstift des verschiebbaren Elementes 6 an einer Position P1 oder P3 die Kulisse 2 berührt, ergibt sich ein Sensorsignal S1, welches in Verbindung mit den zugehörigen Winkeln W1 und W3 gebracht werden kann. Indem nämlich der Anlagepunkt des Kulissenstiftes des verschiebbaren Elementes 6 an der Kulisse 2 nun näher an das Gehäuse 3a ”herangerückt” ist, hat sich auch der Abstand D zwischen dem Magnetfeldsensor 4 und dem Magnetelement 5 verringert und das nun anliegende Sensorsignal S1 ist gegenüber dem Sensorsignal S2 stärker geworden. In den 1 und 2 sind die Positionen P1, P2 und P3 als stabile Positionen erkennbar, in welchen ein Anwender, sofern er den Bedienhebel 3 bewegen möchte, unabhängig von der gewünschten Bewegungsrichtung zunächst einen Widerstand erfährt. Erst wenn der Kulissenstift die jeweils zwischen den Positionen P1 und P2 bzw. P2 und P3 gelegenen lokalen Überhöhungen ”überwunden” hat, verringert sich die der Bewegung des Bedienhebels 3 entgegengesetzte Kraft oder es wirkt sogar eine die Bewegung des Bedienhebels 3 unterstützende Kraft.
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3 zeigt Elemente eines möglichen Systems zur Auswertung der Stellung des Bedienhebels 3 der Schalteinrichtung 1. Aufgrund des aktuellen Abstandes D misst der Magnetfeldsensor 4 eine korrespondierende Magnetfeldstärke des Magnetelementes 5 und leitet dieser entsprechende Signale an einen Mikroprozessor als Verarbeitungseinrichtung 8 weiter. In einem Speichermittel 10 abgelegte Werte bzw. Kennfelder, repräsentierend mögliche Zusammenhänge zwischen der Signalstärke und dem aktuellen Winkel des Bedienhebels 3 (siehe 2), können von dem Mikroprozessor geladen und für eine Klassifikation und/oder einen Vergleich der Signale des Magnetfeldsensors 4 herangezogen werden. Aus den erhaltenen Signalen kann der Mikroprozessor in Verbindung mit den in den Speichermitteln 10 abgelegten Werten bzw. Kennfeldern somit eine aktuelle Winkelstellung des Bedienelementes 3 der Schalteinrichtung 1 bestimmen. Soll dies anhand der beispielshaft dargestellten Kennlinie der 2 vorgenommen werden, ist aufgrund der Symmetrie der Kennlinie eine weitere Information darüber erforderlich, in welche Richtung der schwenkbare Bedienhebel 3 bewegt worden ist. Insbesondere für den Fall, dass eine asymmetrische Kennlinie über dem möglichen Winkelbereich Verwendung findet, kann, insbesondere bei einer Auswertung des Sensorsignals über der Zeit, auch eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Sensorsignal und einem zugehörigen Zustand des Bedienhebels ohne weitere Informationen abgeleitet werden.
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Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Aufbau einer Schalteinrichtung dadurch zu vereinfachen, dass die Ermittlung einer Stellung eines Bedienhebels über ein in dem Bedienhebel angeordnetes verschiebbares Element im Zusammenwirken mit einer Kulisse auf eine eindimensionale Magnetfeldmessung zurückgeführt wird, welche in besonders einfacher Weise durch einen Magnetfeldsensor durchgeführt werden kann. Wie aus den Zeichnungsfiguren ersichtlich, sind elektrisch anzuschließende Elemente lediglich im schwenkbaren Bedienhebel und nicht zusätzlich in feststehenden Elementen der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung notwendig.
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Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schalteinrichtung
- 2
- Kulisse
- 3
- Bedienhebel
- 3a
- Gehäuse
- 4
- Magnetfeldsensor
- 5
- Magnetelement
- 6
- verschiebbares Element
- 7
- Kulissenstift
- 8
- Verarbeitungseinrichtung
- 9
- Feder
- 10
- Speichermittel
- D
- Abstand
- S
- Signal
- S1-3
- Schwellwerte
- P1-3
- Positionen
- W1-3
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10160801 A1 [0003]
- DE 102006057571 A1 [0004]
- DE 19749330 A1 [0005]
