DE102013222451B3

DE102013222451B3 - Bedienelement mit Drehsteller- und Verschiebefunktionalität

Info

Publication number: DE102013222451B3
Application number: DE201310222451
Authority: DE
Inventors: Dirk Erdloff; Stefan Schuberth
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: WO2015067435A1; CN204808051U

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement (1), aufweisend ein Gehäuse (4); ein um eine Rotationsachse (R) rotatorisch (8a) und in wenigstens einer zur Rotationsachse (R) senkrechten Verschieberichtung (8b, 8c) translatorisch am Gehäuse (4) beweglich gelagertes Betätigungsteil (2); Mittel (3, 9) zur Detektion der Drehstellung des Betätigungsteils (2), die einen Drehstellungsgeber (3) umfassen; Mittel (10) zur Detektion der Verschiebestellung des Betätigungsteils (2); Kupplungsmittel (5, 5a, 5b, 5c, 6, 7) zur drehsteifen Kupplung zwischen dem Betätigungsteil (2) und dem Drehstellungsgeber (3), wobei die Kupplungsmittel (5, 5a, 5b, 5c, 6, 7) eine sich zum ihren Boden hin verjüngende Nut (6, 7) und einen in die Nut (6, 7) eingreifenden Mitnehmer (5b, 5c) umfassen und Nut (6, 7) und Mitnehmer (5b, 5c) gegeneinander elastisch vorgespannt sind und relativ zueinander in oder parallel zur Verschieberichtung (8b, 8c) den wechselseitigen Eingriff beibehaltend verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein multifunktionales Bedienelement. Drehsteller werden gerne verwendet, wenn es darum geht, bei kleiner Bedienfläche die Möglichkeit eines großen Verstellbereichs für eine Stellgröße bereitzustellen. Ferner ist es bekannt, derartige Drehsteller mit einer weiteren Funktionalität zu versehen.
Die mechanische Konstruktion betreffend lässt sich vergleichsweise einfach die Funktionalität eines Drehstellers mit einer sogenannten Push-Funktionalität verbinden, bei der das Betätigungsteil entlang der Rotationsachse der Drehfunktionalität verschiebbar gelagert ist. Die Anforderungen moderner Multimedia-Einrichtungen im Kraftfahrzeug umfassen immer mehr die Bewegungssteuerung eines Cursors über eine in einer Anzeige wiedergegebene Eingabefläche. Diese Funktionalität wird beispielsweise durch eine Verschwenkbarkeit des Betätigungsteils erreicht, wie sie vom Joystick bekannt ist. In Kombination mit einem Drehsteller kommt es beim Verschwenken zu einer Verschwenkung der Rotationsachse, was allenfalls durch einen großen Verschwenkradius und eine entsprechend große Bauraumtiefe kompensiert werden kann.
Eine andere Lösung sieht die Integration eines Touchpads in das Zentrum des Betätigungsteils des Drehstellers vor. Derartige Lösungen weisen aber Nachteile wie die vergleichsweise kleine Eingabefläche sowie Probleme betreffend die elektrische Kontaktierung des Touchpads auf. Angestrebt wurde daher ein multifunktionaler Drehsteller mit einer zur Rotationsachse senkrechten Verschiebbarkeit des Betätigungsteils. Eine genaue Drehpositionserkennung macht aber eine spielfreie und insbesondere von der Verschiebestellung unabhängig präzise Ankopplung des Betätigungsteils an den Stellungsgeber erforderlich. In dieser Hinsicht zufriedenstellende Lösung waren bis dato nicht bekannt.
Ein Bedienelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der WO 2012/085363 A1 bekannt.
Weiterhin offenbart die WO 2008/003658 A1 eine Ausbildung eines Bedienelements, welche eine Zwischenplatte mit sich verjüngenden Nuten zeigt, in die keilförmige Lagerelemente greifen.
Vor diesem Hintergrund haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Bedienelement bereitzustellen, bei dem ein Drehsteller durch eine zusätzliche zur Rotationachse senkrechte Verschiebefunktionalität und damit in haptischer Hinsicht und den Bauraum betreffend vorteilhaft erweitert wird, ohne die Präzision der Drehfunktionalität zu gefährden. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Verwendung des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bedienelement. Das erfindungsgemäße Bedienelement weist ein Gehäuse auf. Der Begriff Gehäuse ist weit auszulegen, so ist nicht zwingend eine das Bedienelement teilweisende einkapselnde Ausgestaltung des Gehäuses vorgesehen. Das Gehäuse dient beispielsweise als Träger für Teile des Bedienelements sowie der Befestigung des Bedienelements, beispielsweise an einer Bedientafel oder an einem Armaturenbrett. Das Gehäuse ist beispielsweise ganz oder teilweise aus einem Kunststoff, wie einem Thermoplast, und/oder einem Metall, wie eine Metalllegierung, insbesondere eine Legierung aus im Wesentlichen Zink Aluminium Magnesium Kupfer.
Erfindungsgemäß ist ferner ein um eine Rotationsachse rotatorisch und in wenigstens einer zur Rotationsachse senkrechten Verschieberichtung translatorisch am Gehäuse beweglich gelagertes Betätigungsteil vorgesehen. Anders ausgedrückt ist neben der Drehverstellung auch eine Verschiebung in wenigstens einer Richtung, die in einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene liegt, möglich, ohne dass die Drehverstellungsfunktionalität aufgegeben wird.
Erfindungsgemäß sind ferner Mittel zur Detektion der Drehstellung des Betätigungsteils vorgesehen, die einen Drehstellungsgeber umfassen. Die Mittel zur Detektion umfassen beispielsweise berührungsbehaftete, wie ein Potentiometer, als auch berührungslos arbeitende Detektionsmittel, wie optische und magnetische Detektionsmittel. Somit ist der Begriff Drehstellungsgeber weit auszulegen. Der Drehstellungsgeber ist beispielweise ausschließlich drehbeweglich am Gehäuse gelagert.
Erfindungsgemäß sind Mittel zur Detektion der Verschiebestellung des Betätigungsteils vorgesehen, beispielsweise elektromechanische Schaltmittel oder optische oder magnetische Detektionsmittel. Aufgabe der Detektionsmittel ist eine Schalt- oder Regelfunktionalität betreffend eine elektrische Größe bereitzustellen.
Erfindungsgemäß sind ferner Kupplungsmittel zur drehsteifen Kupplung zwischen dem Betätigungsteil und dem Drehstellungsgeber vorgesehen. Die Kupplungsmittel weisen erfindungsgemäß zur Übertragung der Drehbewegung vom Betätigungsteil auf den Drehstellungsgeber eine sich zum ihren Boden hin verjüngende Nut sowie einen in die Nut eingreifenden Mitnehmer auf. Beide sind in Verschieberichtung oder parallel zur Verschieberichtung relativ zueinander verschiebbar, wobei der wechselseitige Eingriff beibehalten wird. Beispielsweise erstreckt sich die Nut in Verschieberichtung oder parallel zur Verschieberichtung.
Nut und Mitnehmer sind erfindungsgemäß gegeneinander elastisch vorgespannt.
Durch diese Ausgestaltung der Kupplungsmittel wird eine spielfreie Übertragung der Drehbewegung vom Betätigungsteil auf den Drehstellungsgeber erreicht, wobei die elastische Vorspannung in Eingriffsrichtung von Mitnehmer und Nut die Spielfreiheit für eine dauerhafte Spielminimierung sorgt. Beispielsweise ist der Mitnehmer mit Übermaß in der Nut aufgenommen, um auch bei einem möglichen Verschleiß durch tieferes Eintauchen des Mitnehmers das Spiel ausgleichen zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform greift der Mitnehmer formschlüssig in die Nut ein. Beispielsweise ist der Mitnehmer keilförmig ausgebildet und greift in eine komplementär ausgebildete Nut ein. Bevorzugt ist der Steigungswinkel der Keilflanke so gewählt, dass keine Selbsthemmung erreicht wird.
Zur Verbesserung der Gleiteigenschaft bei der Verschiebung des Mitnehmers in Verlaufsrichtung in der Nut ist im Berührkontakt zwischen Mitnehmer und Nut eine Materialpaarung zwischen einem Metall und einem Kunststoff vorgesehen. Beispielsweise ist ein thermoplastischer Kunststoff seitens des Mitnehmers und ein Metall, wie eine Metalllegierung, seitens der Nut vorgesehen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Betätigungsteil in wenigstens zwei zur Rotationsachse senkrechte und zueinander senkrechte Verschieberichtung translatorisch am Gehäuse beweglich gelagert. Bei dieser Ausgestaltung umfassen die Kupplungsmittel ein Kupplungsteil, wobei bei Verschieben des Betätigungsteils in einer der zwei Verschieberichtungen das Betätigungsteil relativ zum Kupplungsteil verschoben wird und beim Verschieben in die andere der zwei Verschieberichtungen das Kupplungsteil relativ zum Drehstellungsgeber verschoben wird. Bevorzugt ist die Verschieberichtung nicht auf zwei Verschieberichtungen beschränkt und es ist in einer durch die zwei Verschieberichtungen aufgespannte Verschiebeebene eine freie Verschiebung des Betätigungsteils ermöglicht, wobei durch Kombination aus Verschiebungen des Kupplungsteils relativ zum Drehstellungsgeber und des Betätigungsteils relativ zum Kupplungsteil sich die freie Verschiebbarkeit des Betätigungsteils ergibt.
Zur Steigerung der Bediengenauigkeit und um auch bei hohem Drehmoment eine drehsteife Übertragung zu gewährleisten, sind für jede Verschieberichtung zwei Nuten und zwei mit den Nuten in Eingriff stehende Mitnehmer vorgesehen.
Bevorzugt sind jeweils nicht die Nuten sondern die Mitnehmer am Kupplungsteil ausgebildet oder befestigt.
Das Kupplungsteil ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Durch den zentralen Durchbruch im ringförmigen Kupplungsteil kann das Betätigungsteil bzw. darin vorgesehene Leuchtflächen, durch im Zentrum des Bedienelements angeordnete Beleuchtungsmittel, wie ein Leuchtelement und/oder ein Lichtleiter hinterleuchtet werden. Die durch die Ringform definierte Durchbruchsfläche ist beispielsweise parallel zu den Verschieberichtungen orientiert und verleiht der Drehübertragung so eine vorteilhaft hohe und mehr als ausreichende Drehsteifigkeit.
Um Bauhöhe, also Bauraum in Richtung Rotationsachse, zu sparen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Ring als flacher Ring ausgebildet, d. h. die Ringbreite (Differenz aus Außendurchmesser und Innendurchmesser in Radialrichtung) ist größer als die Dicke (Maß in Axialrichtung) des Ringes.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Berührfläche aus einem der Mitnehmer und damit in Eingriff stehender Nut den vom ringförmigen Verlauf des Kupplungsteils definierten Kreisring schneidet. Dazu weicht der Ring beispielsweise von einer strengen Ringform ab und weist Kröpfungsabschnitte auf. Damit wird der Bauraum optimal genutzt und es wird ferner verhindert, dass es zu Verwindung des ringförmigen Kupplungsteils bei hoher Drehmomentbelastung kommt.
Das Kupplungsteil ist bevorzugt aus Federstahl ausgebildet. Damit erfüllt das Kupplungsteil eine Doppelfunktion. Es sorgt für die Vorspannung des jeweiligen Mitnehmers gegen die zugehörige Nut. Darüber hinaus ist eine ausreichende Stabilität für die Drehübertragung gewährleistet. Die Mitnehmer aus thermoplastischem Kunststoff sind in einer Ausgestaltung durch Umformen an dem Kupplungsteil aus Federstahl ausgebildet.
Die Erfindung betrifft ferner die gleichermaßen vorteilhafte Verwendung des Bedienelements in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
1: eine Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1;
2: eine perspektivische Ansicht des Kupplungsteils 5 aus 1;
3: eine Teilansicht mit einer gegenüber 1 abgewandelten Ausführungsform des Kupplungsteils 5 aus 1.
Das erfindungsgemäße Bedienelement gemäß den 1 bis 3 weist ein um eine Rotationsachse R drehbar an einem Gehäuse 4 gelagertes Betätigungsteil 2 auf. Die rotatorische Bewegung am Betätigungsteil 2 wird über ein Kupplungsteil 5 auf einen Drehstellungsgeber 3 übertragen, der sich bei rotatorischer Betätigung des Betätigungsteils 2 synchron mit diesem rotierend bewegt. Die jeweilige Stellung bzw. Drehbewegung des Drehstellungsgebers 3 wird mittels eines magnetisch arbeitenden Detektionsmittels 9 detektiert. Der Drehstellungsgeber 3 weist ein Magnetfeld auf, dessen Drehung durch einen Hall-Sensor 9 detektiert wird. Alternativ kann eine optische Auswertung der Drehstellung vorgesehen sein. Zur Drehkupplung zwischen Betätigungsteil 2 und dem Drehstellungsgeber ist das Kupplungsmittel 5 aufgrund daran befestigter keilförmiger Mitnehmer 5c, die in entsprechende, komplementär ausgebildete, betätigungsteilseitige Nuten 6 eingreifen, in Rotationsrichtung 8a gegenüber dem Betätigungsteil 2 festgelegt. Zur Drehübertragung auf den Drehstellungsgeber 3 sind wiederum keilförmige Mitnehmer 5b am Kupplungsteil 5 befestigt, die in entsprechende, komplementär ausgebildete und am Drehstellungsgeber 3 ausgebildete Nuten 7 eingreifen. Das Kupplungsteil 5 weist ein flaches, ringförmiges Federstahlteil 5a auf, wodurch die Mitnehmer 5b, 5c elastisch in die jeweiligen Nuten 6 bzw. 7 vorgespannt werden. Es können zusätzliche nicht dargestellte Halterungen zur Sicherung der Position des Kupplungsteils 5 zwischen dem Drehstellungsgeber 3 und dem Betätigungsteil 2 vorgesehen sein.
Die bezüglich der Rotationsachse R radiale und um 90° versetzte Ausrichtung der Nutverläufe ermöglicht einerseits eine rein translatorische Verschiebbarkeit des Kupplungsteils 5 in einer zur Rotationsachse R senkrechten Richtung 8b und andererseits eine Verschiebbarkeit des Betätigungsteils 2 gegenüber dem Kupplungsteil 5 in einer zur vorgenannten Richtung senkrechten Verschieberichtung 8c. Anders ausgedrückt, die Ausgestaltung der Kupplungsmittel 5, 5a, 5b, 5c, 6, 7 schafft eine translatorische Verschiebbarkeit des Betätigungsteils 2 gegenüber dem Kupplungsteil 5 und damit relativ zum Drehstellungsgeber 3 in der Verschieberichtung 8c bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Drehübertragung zwischen Betätigungsteil 2 und Drehstellungsgeber 3, während eine weitere translatorische Verschiebbarkeit in der zur vorgenannten Richtung senkrechten Verschieberichtung 8c dadurch ermöglicht ist, dass das Betätigungsteil 2 zusammen mit dem Kupplungsteil 5 relativ gegenüber dem Drehstellungsgeber 3 in der betreffenden Richtung verschiebbar ist, ohne dass auch hier auf die Drehübertragungsmöglichkeit zwischen dem Betätigungsteil 2 und dem Drehstellungsgeber 3 verzichtet werden muss.
Durch die rechtwinkligen translatorischen Freiheitsgrade 8b und 8c ergibt sich insgesamt eine freie Verschiebbarkeit des Betätigungsteils 2 in einer zur Rotationsachse R senkrechten Ebene. Zur Detektion der Verschiebestellung sind Detektionsmittel 10 andeutungsweise dargestellt. Beispielsweise wird die Stellung optisch detektiert. In 3 ist eine gegenüber der Ausführungsform der 2 abgewandelte Ausführungsform des Kupplungsteils 5 im Detail gezeigt. Der Ring 5a aus Federstahl ist bei dieser Ausführungsform nicht flach sondern weist Kröpfungen aus. Die Kröpfungen sind so ausgestaltet, dass die Berührfläche zwischen Mitnehmer 5b und und damit in Eingriff stehender Nut 7 den vom ringförmigen Verlauf 5a des Kupplungsteils definierten Kreisring (gestrichelte Linie in 3) schneidet.

Claims

Bedienelement (1), aufweisend: ein Gehäuse (4); ein um eine Rotationsachse (R) rotatorisch (8a) und in wenigstens einer zur Rotationsachse (R) senkrechten Verschieberichtung (8b, 8c) translatorisch am Gehäuse (4) beweglich gelagertes Betätigungsteil (2); Mittel (3, 9) zur Detektion der Drehstellung des Betätigungsteils (2), die einen Drehstellungsgeber (3) umfassen; Mittel (10) zur Detektion der Verschiebestellung des Betätigungsteils (2); Kupplungsmittel (5, 5a, 5b, 5c, 6, 7) zur drehsteifen Kupplung zwischen dem Betätigungsteil (2) und dem Drehstellungsgeber (3); dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmittel (5, 5a, 5b, 5c, 6, 7) eine sich zu ihrem Boden hin verjüngende Nut (6, 7) und einen in die Nut (6, 7) eingreifenden Mitnehmer (5b, 5c) umfassen und Nut (6, 7) und Mitnehmer (5b, 5c) gegeneinander elastisch vorgespannt sind und relativ zueinander in oder parallel zur Verschieberichtung (8b, 8c) den wechselseitigen Eingriff beibehaltend verschiebbar sind.
Bedienelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Mitnehmer (5b, 5c) keilförmig ausgebildet ist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mitnehmer (5b, 5c) formschlüssig in die Nut (6, 7) eingreift.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für den Eingriff zwischen Mitnehmer (5b, 5c) und Nut (6, 7) ein Berührkontakt eines Metalls mit einem Kunststoff vorgesehen ist.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungsteil (2) in wenigstens zwei zur Rotationsachse (R) senkrechte, zueinander senkrechte Verschieberichtungen (8b, 8c) translatorisch am Gehäuse (4) beweglich gelagert ist und die Kupplungsmittel (5, 5a, 5b, 5c, 6, 7) ein Kupplungsteil (5) umfassen, wobei bei Verschieben des Betätigungsteils (2) in einer der zwei Verschieberichtungen (8c) das Betätigungsteil (2) relativ zum Kupplungsteil (5) verschoben wird und beim Verschieben in die andere der zwei Verschieberichtungen (8b) das Kupplungsteil (5) relativ zum Drehstellungsgeber (3) verschoben wird.
Bedienelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei für jede Verschieberichtung (8b, 8c) zwei Nuten (6, 7) und zwei mit den Nuten (6, 7) in Eingriff stehende Mitnehmer (5b, 5c) vorgesehen sind.
Bedienelement (1) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mitnehmer (5b, 5c) am Kupplungsteil (5) ausgebildet oder befestigt sind.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei das Kupplungsteil (5) im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist.
Bedienelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens eine Berührfläche aus einem der Mitnehmer (5b, 5c) und damit in Eingriff stehender Nut (6, 7) den vom ringförmigen Verlauf des Kupplungsteils definierten Kreisring schneidet.
Bedienelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 9, wobei das Kupplungsteil aus Federstahl ausgebildet ist.
Verwendung des Bedienelements gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug.