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Die Erfindung betrifft ein Stellglied nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stellglieder, wie in der Art eines Joystick- und/oder Cursor-Schalters ausgebildete elektrische und/oder elektronische Schaltvorrichtungen, dienen zur manuellen Ansteuerung von Funktionen in einem Kraftfahrzeug. Unter anderem werden solche Schaltvorrichtungen zur Eingabe von Daten für ein elektrisches Gerät durch einen Benutzer verwendet, beispielsweise bei Autoradios, Navigationsgeräten, Bordcomputer o. dgl. Geräten im Kraftfahrzeug. Insbesondere lässt sich ein solches Stellglied auch als elektronischer Gangwahlschalter für ein durch Shift-by-Wire gesteuertes Getriebe im Kraftfahrzeug verwenden.
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Ein solches Stellglied weist eine Handhabe auf, die beispielsweise in der Art eines Wählhebels ausgebildet sein kann. Die Handhabe ist an einem Träger bewegbar gelagert, derart dass die Handhabe in zwei verschiedenen Richtungen manuell aus einer neutralen Stellung in Verstellpositionen verstellbar ist. Und zwar ist die Handhabe in zumindest jeweils eine der jeweiligen Richtung zugeordneten Verstellposition verstellbar. Das Stellglied weist weiter ein Mittel zur Erfassung der Verstellpositionen auf. Das Mittel zur Erfassung der Verstellpositionen ist bei dem bekannten Stellglied aufwendig ausgestaltet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Stellglied derart weiterzuentwickeln, dass das Mittel zur Erfassung der Verstellpositionen einfacher ausgestaltet ist. Insbesondere soll das Mittel zur Erfassung der Verstellpositionen im Hinblick auf dessen Kosten und Robustheit weiter verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Stellglied durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Stellglied umfasst das Mittel zur Erfassung der Verstellpositionen einen Code-Träger, der eine Codierung für die Verstellpositionen aufweist, sowie einen die Codierung ermittelnden Sensor. Insbesondere handelt es sich dabei um eine eindeutige Codierung für die Verstellpositionen. Dadurch sind sämtliche Verstellpositionen mittels des einen einzigen Code-Trägers erfassbar. Das erfindungsgemäße Stellglied zeichnet sich durch eine hohe Funktionssicherheit aus. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zwecks weiterer Steigerung der Ergonomie für die Bedienung des Stellglieds durch den Benutzer kann es sich bei der Verstellbewegung um eine Schwenkbewegung der Handhabe handeln, womit es sich bevorzugterweise bei der Handhabe um einen schwenkbaren Wählhebel handelt. Die Handhabe kann um eine erste und eine zweite Schwenkachse in eine erste und eine zweite Schwenkrichtung verstellbar sein, wobei die beiden Schwenkrichtungen in etwa senkrecht aufeinander stehen können. In kompakter Ausgestaltung kann der Träger für die Handhabe in der Art eines Kardangelenks und/oder eines Kreuzgelenks ausgebildet sein.
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Zweckmäßigerweise können bei Verstellung der Handhabe der Code-Träger sowie der Sensor relativ zueinander bewegbar sein. In einfacher Ausgestaltung können der Code-Träger und/oder der Sensor derart an der Handhabe angelenkt sein, dass der Code-Träger und/oder der Sensor mittels der Handhabe korrespondierend zur Verstellung der Handhabe bewegbar sind.
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In kompakter Ausgestaltung kann der Code-Träger derart in Zusammenwirkung mit der Handhabe stehen, dass der Code-Träger aufgrund der Schwenkbewegung der Handhabe in zwei Richtungen linearbeweglich ist. Insbesondere können diese beiden Richtungen der Linearbewegung senkrecht aufeinander stehen. In einfacher Art und Weise kann eine solche Zusammenwirkung der Handhabe mit dem Code-Träger mittels eines in ein Langloch eingreifenden Stiftes bewirkt sein.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung kann ein Stift an der Handhabe, und zwar insbesondere an einem Hebelarm der Handhabe, angeordnet sein. Dieser Stift greift in ein in die eine Richtung der Linearbewegung verlaufendes Langloch des Code-Trägers ein. Wenigstens ein weiterer Stift kann am Träger, und zwar insbesondere an einer Verlängerung am Träger, angeordnet sein. Dieser Stift greift in ein in die weitere Richtung der Linearbewegung verlaufendes Langloch des Code-Trägers ein. Mit Hilfe einer solchen Anordnung wird folglich die Schwenkbewegung der Handhabe in eine korrespondierende Linearbewegung des Code-Trägers umgesetzt, so dass eine einfache und funktionssichere Detektierung der Verstellpositionen mittels des Sensors geschaffen ist.
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In kostengünstiger Art und Weise kann der Code-Träger eine magnetische Code-Platte umfassen sowie der Sensor aus einem Magnetsensor bestehen. Insbesondere kann es sich bei dem Magnetsensor um einen Hallsensor, einen magnetisch-resistiven Sensor, einen induktiven Sensor o. dgl. handeln. Die Codierung für die Verstellpostionen kann wiederum aus einer der jeweiligen Verstellposition eindeutig zugeordneten Magnetisierung der Code-Platte bestehen.
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Zwecks kompakter Ausgestaltung kann der Code-Träger eine Leiterplatte umfassen. Zweckmäßigerweise kann die Leiterplatte die Elektronik für das Stellglied, die beispielsweise zur Auswertung der Signale des Sensors dient, aufnehmen. Der einfachen Montage halber kann die magnetische Code-Platte auf der Leiterplatte angeordnet sein.
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In einfacher Art und Weise kann die magnetische Code-Platte mittels Distanzstücke in der Art von Abstandshaltern auf der Leiterplatte befestigt sein. Die Distanzstücke können als Metalldistanzen, beispielsweise durch eine dementsprechende Beschichtung ausgebildet sein. Dadurch kann dann die Code-Platte magnetisch, d. h. mittels Magnetkraft, an der Leiterplatte befestigt sein. Die Metalldistanzen können in fertigungstechnisch einfacher Art mittels Löten im SMD(Surface Mounted Device)-Verfahren auf die Leiterplatte aufgebracht sein.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist nachfolgendes festzustellen.
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Bei einer Shift-by-Wire-Schaltbox soll das Signalerfassungssystem hinsichtlich Kosten und Robustheit verbessert werden.
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Hierzu wird die Signalerfassung nicht mehr wie bisher in verschiedene Bewegungsrichtungen aufgeteilt und mittels einzelnen Metallplatten erfasst sondern in ein Codiersystem zusammengefasst und dieses ausgewertet. Die Lagerung der magnetischen Codeplatte erfolgt mittels beschichteten Metalldistanzen die im SMD-Verfahren auf die Leiterplatte aufgebracht werden.
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Geschaffen ist dadurch ein Magnetplattensystem zur Erfassung von Signalen in zwei Raumrichtungen einschließlich der Lagerung des Magnetplattensystems, also inclusive der magnetischen Lagerung.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Gesamtkosten für das Stellglied durch die Reduzierungen an Teilen bei der Signalerfassung deutlich gesenkt werden. Zudem wird die Genauigkeit des Systems durch die magnetische Lagerung der Platten verbessert. Bisher benötigte Fertigungsschritte, wie Fetten der Führungen zur Vermeidung von Geräuschbildung bei der Verstellung der Handhabe, können entfallen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 ein Stellglied in schematischer Ansicht,
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2 ein Teil des Stellgliedes aus 1 in perspektivischer Ansicht,
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3 die Seitenansicht des Teiles des Stellglieds aus 2,
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4 eine Detailansicht des Code-Trägers aus 3,
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5 ein Stellglied gemäß einer weiteren Ausgestaltung in schematischer Darstellung und
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6 ein Stellglied gemäß einer nochmals weiteren Ausgestaltung in schematischer Darstellung.
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In 1 ist ein Stellglied 1 zu sehen, das zur manuellen Ansteuerung von Funktionen in einem Kraftfahrzeug dient und insbesondere als Gangwahlschalter für eine Shift-by-Wire-Schaltvorrichtung verwendet wird. Das Stellglied 1 ist mit einer bewegbaren Handhabe 2 in der Art eines Wählhebels versehen, wobei die Handhabe 2 mit einer beweglichen Manschette 26 abgedichtet aus einem Gehäuse 25 des Stellgliedes 1 herausragt. Die Handhabe 2 ist beweglich an einem im Gehäuse 25 befindlichen Träger 3 derart gelagert, dass die Handhabe 2 in wenigstens eine Richtung, bevorzugterweise in zwei verschiedenen Richtungen 4, 5 (siehe 2) aus einer neutralen Stellung in zumindest jeweils eine der jeweiligen Richtung 4, 5 zugeordnete Verstellposition verstellbar ist. Dadurch ist die Handhabe 2 vom Benutzer manuell in die Verstellpositionen verstellbar, wodurch die jeweils gewünschten Funktionen im Kraftfahrzeug, beispielsweise mittels entsprechend erzeugter Signale, ausgelöst werden.
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Das Stellglied 1 weist weiterhin ein Mittel zur Erfassung der Verstellpositionen auf. Wie in 2 zu sehen ist, umfasst das Mittel zur Erfassung der Verstellpositionen einen die Verstellpositionen codierenden Code-Träger 6, wobei der Code-Träger 6 eine eindeutige Codierung für die Verstellpositionen aufweist. Weiter umfasst das Mittel zur Erfassung der Verstellpositionen einen die Codierung ermittelnden Sensor 7, welcher schematisch in 4 gezeigt ist. Dadurch sind sämtliche Verstellpositionen der Handhabe 2 mittels des einen einzigen Code-Trägers 6 erfassbar.
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Vorliegend ist die Handhabe 2 mittels Verschwenkung bewegbar ausgestaltet, so dass es sich bei der Handhabe 2 um einen schwenkbaren Wählhebel handelt. Hierzu ist die Handhabe 2, wie in 3 zu sehen ist, um eine erste Schwenkachse 8 in die erste Schwenkrichtung 4 und um eine zweite Schwenkachse 9 in die zweite Schwenkrichtung 5 verstellbar, wobei die beiden Schwenkrichtungen 4, 5 in etwa senkrecht aufeinander stehen. Und zwar ist der Hebelarm 27 der Handhabe 2 um die Schwenkachse 9 drehbar im Träger 3 gelagert, wie anhand der 1 zu erkennen ist. Der Träger 3 ist seinerseits drehbar um die Schwenkachse 8 im Gehäuse 25 gelagert. Weiter ist der Träger 3 für die Handhabe 2 als ein Kardangelenk beziehungsweise ein Kreuzgelenk ausgebildet, um die beiden Schwenkrichtungen 4, 5 für die Handhabe 2 zu ermöglichen.
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Wie man anhand von 2 und der 4 sieht, sind der Code-Träger 6 sowie der Sensor 7 bei Verstellung der Handhabe 2 relativ zueinander bewegbar angeordnet. Vorliegend ist der Code-Träger 6 mittels der Handhabe 2 korrespondierend zur Verstellung der Handhabe 2 bewegbar. Und zwar steht der Code-Träger 6 derart in Zusammenwirkung mit der Handhabe 2, dass der Code-Träger 6 aufgrund der Schwenkbewegung der Handhabe 2 in zwei, senkrecht aufeinander stehenden Richtungen 4', 5' (siehe 3) linearbeweglich ist. Das Zusammenwirken der Handhabe 2 mit dem Code-Träger 6 ist mittels eines in ein Langloch 12, 13 eingreifenden Stiftes 10, 11 bewirkt. Hierfür ist der eine Stift 11 für die Schwenkrichtung 5 bzw. die Linearrichtung 5' an der Handhabe 2, und zwar gemäß 1 am Hebelarm 27 der Handhabe 2 angeordnet. Der Stift 11 greift wiederum in das in die eine Richtung 4' verlaufende korrespondierende Langloch 13 des Code-Trägers 6 ein, wie anhand von 3 zu sehen ist. Wenigstens ein Stift 10 für die Schwenkrichtung 4 bzw. die Linearrichtung 4' ist gemäß 1 am Träger 3, und zwar genauer an einer Verlängerung 28 am Träger 3, angeordnet. Der Stift 10 greift wiederum in das in die weitere Richtung 5' verlaufende korrespondierende Langloch 12 des Code-Trägers 6 ein, wie man der 3 entnimmt. Zwecks exakter Führung in die Linearrichtung 4', 5' sind an der Verlängerung 28 zwei Stifte 10 sowie am Code-Träger 6 zwei Langlöcher 12 vorgesehen.
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Falls gewünscht kann anstelle des linearbeweglichen Code-Trägers 6 auch der Sensor 7 mittels der Handhabe 2 korrespondierend zur Verstellung der Handhabe 2 bewegbar ausgebildet sein, was jedoch nicht weiter dargestellt ist.
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Der Code-Träger 6 umfasst eine magnetische Code-Platte 29, auf der die Verstellposition beispielweise durch entsprechende Magnetspuren 30 codiert sind, wie man der 4 entnimmt. Folglich besteht die Codierung für die Verstellpositionen aus einer der jeweiligen Verstellposition eindeutig zugeordneten Magnetisierung der Code-Platte 29. Der Sensor 7 besteht aus einem Magnetsensor, beispielsweise aus einem Hallsensor. Selbstverständlich kann auch ein magnetisch-resistiver Sensor, ein induktiven Sensor o. dgl. Verwendung finden.
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Der Code-Träger 6 umfasst eine Leiterplatte 14, wobei die magnetische Code-Platte 29 auf der Leiterplatte 14 angeordnet ist, wie in 4 zu sehen ist. Hierfür ist die Code-Platte 29 mittels Distanzstücke 15 in der Art von Abstandshaltern auf der Leiterplatte 14 befestigt. Die Distanzstücke 15 sind als Metalldistanzen ausgebildet, derart dass die magnetische Code-Platte 29 mittels Magnetkraft durch die Metalldistanzen 15 an der Leiterplatte 14 befestigt ist. Die beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Distanzstücke 15 sind mit Metall beschichtet, so dass die Metalldistanzen 15 mittels Löten auf die Leiterplatte 14 aufgebracht werden können. Zum Verlöten bietet sich das SMD(Surface Mounted Device)-Verfahren an.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das schematisch in 5 dargestellt ist, ist die Verstellposition bei dem Stellglied 1 als eine Raststellung ausgebildet, derart dass eine Rastkraft in der Verstellposition auf die Handhabe 2 einwirkt. Ebensogut kann die Verstellbewegung als eine Rastbewegung ausgebildet sein, d. h. die Verstellung der Handhabe 2 ist in einer festgelegten Bewegungsgasse zwangsgeführt, derart dass eine Rastkraft während der Verstellbewegung auf die Handhabe 2 einwirkt. Hierzu ist die Rastkraft durch ein gefedertes Druckstück 16 erzeugbar. Das mit einer Druckfeder 17 versehene Druckstück 16 ist mit einer Kulisse 18 am Träger 3 in Zusammenwirkung bringbar. Insbesondere dient dieses Zusammenwirken auch zur Erzeugung einer vom Benutzer fühlbaren Haptik für die Verstellung der Handhabe 2. Zwecks Zusammenwirkung wird das Druckstück 16 mittels eines bewegbaren Adapters 19 zur Zusammenwirkung in die Kulisse 18 gedrückt.
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Die Handhabe 2 kann für die Verstellung sperrbar sowie zur Verstellung durch den Benutzer freigebbar ausgestaltet sein. Die Sperrung und/oder Freigabe der Handhabe 2 erfolgt mittels einer am Adapter 19 angeformten, entsprechend korrespondierenden Geometrie 32. Hierzu ist ein ansteuerbares Sperrmittel 31 mit der Geometrie 32 in Wirkverbindung bringbar. Weiter ist der Adapter 19 mittels eines Aktors 20 zur Einwirkung auf das Druckstück 16 bewegbar. Bei dem Aktor 20 kann es sich um einen Elektromagneten, einen Elektromotor o. dgl. handeln.
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Gemäß einem nochmals weiteren Ausführungsbeispiel, das schematisch in 6 dargestellt ist, ist die manuell vom Benutzer verstellbare Handhabe 2 für die Bedienung sperrbar sowie zur Bedienung durch den Benutzer freigebbar ausgestaltet. Dabei ist ein Sensor 21 zur Zusammenwirkung mit der Handhabe 2 vorgesehen, derart dass durch Annäherung der Hand 22 des Benutzers an die Handhabe 2 und/oder durch Berühren bzw. Umgreifen der Handhabe 2 durch die Hand 22 des Benutzers der Bedienungswunsch des Benutzers vom Stellglied 1 erkennbar ist. Selbstverständlich kann anstelle der Hand 22 auch ein sonstiges Körperteil des Benutzers, beispielsweise ein Finger des Benutzers, zur Detektierung des Bedienungswunsches herangezogen werden. Daraufhin ist die Handhabe 2 des Stellglieds 1, deren Verstellbarkeit bis dahin gesperrt ist, zur Bedienung durch den Benutzer freigebbar. Falls gewünscht kann die Detektierung des Bedienungswunsches des Benutzers durch den Sensor 21 auch zur Auslösung einer sonstigen Funktionalität im Kraftfahrzeug dienen.
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Bei dem Sensor 21 kann es sich um einen kapazitiven Sensor handeln. Der kapazitive Sensor 21 ist in der Handhabe 2 angeordnet. Und zwar in dessen oberen Bereich, der zur Bedienung von der Hand 22 des Benutzers umfasst wird. Hierzu erzeugt der kapazitive Sensor 21 ein elektrisches Feld in der Umgebung der Handhabe 2. Bei Annäherung der Hand 22 an die Handhabe 2 wird das elektrische Feld durch die Hand 22 verändert. Die Veränderung des elektrischen Feldes wird wiederum als eine Kapazitätsänderung vom Sensor 21 detektiert und zur Erkennung des Bedienungswunsches durch den Benutzer ausgewertet.
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Selbstverständlich kann auch ein auf einem anderen Wirkprinzip beruhender Näherungssensor Verwendung für die Handhabe 2 finden. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensor um einen mittels optischer Strahlung arbeitenden optischen Sensor handeln. Ein solcher Sensor sendet optische Strahlung aus und detektiert den von der Hand 22 reflektierten Anteil dieser optischen Strahlung, um die Annäherung der Hand 22 an die Handhabe 2 und folglich den Bedienungswunsch des Benutzers zu erkennen. Als optische Strahlung eignet sich insbesondere für das menschliche Auge nicht sichtbare Infrarot(IR)-Strahlung. Weiterhin ist als Sensor auch ein induktiver Sensor, der die Veränderung eines elektromagnetischen Feldes im Umfeld der Handhabe 2 durch die Hand 22 des Benutzers detektiert, verwendbar.
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Wie bereits anhand der 5 erläutert ist, kann ein Sperrmittel 31 für die Handhabe 2 vorgesehen sein, derart dass die Verstellung der Handhabe 2 durch das Sperrmittel 31 sperrbar sowie freigebbar ist. Bei Erkennung des Bedienungswunsches des Benutzers erzeugt der Sensor 21 ein Sensorsignal. Dieses Sensorsignal dient dann zur entsprechenden Ansteuerung des Sperrmittels 31 für die Freigabe der Handhabe 2.
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Ein derartiges Stellglied 1 lässt sich für einen Gangwahlschalter in Kraftfahrzeugen verwenden. Bei einer solchen Shift-by-Wire-Schaltvorrichtung für das Getriebe im Kraftfahrzeug handelt es sich bei der Handhabe 2 um den Wählhebel für die Shift-by-Wire-Schaltvorrichtung und die Shift-by-Wire-Schaltvorrichtung erzeugt zur Stellung der Handhabe 2 korrespondierende Signale, wobei die Signale zur Steuerung des Getriebes dienen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele, deren Elemente auch in beliebiger Kombination miteinander für das Stellglied 1 verwendet werden können, beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. Neben Kraftfahrzeuganwendungen kann ein derartiges Stellglied 1 in vorteilhafter Weise auch als Eingabemittel für Computer, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte o. dgl. eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stellglied
- 2
- Handhabe
- 3
- Träger
- 4, 5
- Richtung/Schwenkrichtung
- 4', 5'
- Richtung/Linearrichtung
- 6
- Code-Träger
- 7
- Sensor
- 8
- (erste) Schwenkachse
- 9
- (zweite) Schwenkachse
- 10, 11
- Stift
- 12, 13
- Langloch
- 14
- Leiterplatte
- 15
- Distanzstück/Metalldistanz
- 16
- (gefedertes) Druckstück
- 17
- Druckfeder
- 18
- Kulisse
- 19
- Adapter
- 20
- Aktor
- 21
- (kapazitiver) Sensor
- 22
- Hand
- 25
- Gehäuse
- 26
- Manschette
- 27
- Hebelarm (an der Handhabe)
- 28
- Verlängerung (am Träger)
- 29
- Code-Platte
- 30
- Magnetspur
- 31
- Sperrmittel (für Adapter)
- 32
- Geometrie (am Adapter)
