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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem beweglich gelagerten Betätigungsteil, das eine Betätigungsfläche definiert.
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In der
DE 199 11 389 A1 ist ein Touchpad offenbart, das um zwei winklig zueinander verlaufende Achsen, relativ zu einem Gehäuse beweglich gelagert ist. Das Touchpad ist auf vier Achsenlagern gelagert, von denen jeweils zwei fluchten und so zwei Achsen bilden, die parallel zur Touchpadoberfläche verlaufen. Die Konstruktion ermöglicht Bewegungen des Touchpads senkrecht zu seiner Oberfläche, wobei ein geringes Lagerspiel der Achsenlager auch geringfügige Verkippungen in waagerechter Richtung zulassen.
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Die
DE 103 41 016 A1 offenbart einen Dreh-/Drückteller mit einer runden Betätigungsfläche, die längs einer zur Betätigungsfläche senkrechten Achse linear gegenüber einem Gehäuse verschiebbar gelagert ist und bei linearer Verschiebung eine Schaltfunktion auslöst, wobei die runde Betätigungsfläche mittels eines topfartigen Führungselements linear verschieblich geführt ist.
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Die
DE 44 01 644 A1 offenbart eine Drucktaste als ein Bedienelement mit einem Tastenträger, der in einer linearen Bewegungsrichtung in einem Gehäuse beweglich gelagert ist, um einen Taster zu betätigen. Zwei im Gehäuse auf Drehachsen gelagerte Hebel sind mit dem Tastenträger verbunden und bilden zwei Getriebe zur Übertragung der Betätigungsbewegung auf eine Rotationsbewegung zumindest der Hebel.
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Bei Bedienelementen mit Betätigungsteilen, die vergleichsweise ausgedehnte Betätigungsflächen aufweisen, besteht das grundsätzliche Problem, dass Toleranzen sich mit zunehmender Ausdehnung der Betätigungsfläche zunehmend negativ auf die Präzision der parallelen Ausrichtung bei der Betätigung der Betätigungsfläche auswirken. Das dadurch ermöglichte Verkippen ist einerseits aus ästhetischen Gesichtspunkten unerwünscht.
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Andererseits wird dadurch das Risiko erhöht, dass am notwendigen Spalt zwischen einer üblicherweise das Betätigungsteil umgebenden Blende und der Betätigungsfläche Fremdkörper in den Bereich unter das Betätigungsteil eindringen oder zumindest besteht das Problem, dass die Abdichtung dieses Spaltes erschwert ist. Das Verkippen birgt aber auch das Risiko, dass die mechanische Lagerung verklemmt und hohem Verschleiß unterliegt. Darüber hinaus besteht Bedarf nach solchen Lagerungen des Betätigungsteils, die eine geringe Bauhöhe aufweisen und gleichzeitig mechanisch hoch belastbar sind. Bei solchen Bedienelementen, bei denen ferner ein haptisches Feedback durch mechanische Anregung der Betätigungsfläche erwünscht ist, ist ferner insbesondere eine spielfreie Lagerung des Betätigungsteils erwünscht, um nicht nur eine präzise haptische Anregung erzeugen zu können, sondern auch um bei Vibrationsanregung eine Geräuscherzeugung zu minimieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Bedienelement bereitzustellen, bei dem die Parallelführung des Betätigungsteils, dessen Betätigungsfläche eine vergleichsweise große Ausdehnung in der Ebene senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung aufweist, hinsichtlich Präzision, Haltbarkeit und/oder Bauraum verbessert ist.
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Insbesondere soll ein Bedienelement zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt werden, das langlebig und möglichst kostengünstig und einfach in der Herstellung ist. Insbesondere eine hohe Präzision in der Beibehaltung der Ausrichtung der Betätigungsfläche bei der Betätigungsbewegung zeichnet das Bedienelement aus.
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Die Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den beschriebenen und skizzierten, nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Bedienelement ein Gehäuse und ein Betätigungsteil, wobei das Betätigungsteil beweglich gelagert ist. Weiter definiert das Betätigungsteil eine Betätigungsfläche, beispielsweise eine ovale oder eine trapezförmige Fläche. Bevorzugt ist die Betätigungsfläche an einer dem Benutzer zugewandten Seite des Bedienelements angeordnet. Diese kann erfindungsgemäß durch einen Benutzer, beispielsweise mit einem Finger, händisch betätigt werden und sich so relativ zum Gehäuse, in einer linearen Betätigungsrichtung transversal bewegt werden. Das Betätigungsteil ist erfindungsgemäß aus einer Ruhestellung heraus bewegbar. Die Ruhestellung ist eine definierte Ausgangsstellung, die das Betätigungsteil im Rahmen der linearen Betätigungsbewegung ohne Betätigungseinwirkung einnehmen kann. Erfindungsgemäß ist die Ruhestellung die Stellung des Betätigungsteils, in die das Betätigungsteil mittels zusätzlicher Rückstellmittel gedrängt wird. Folglich umfasst das Bedienelement erfindungsgemäß außerdem Rückstellmittel zur Rückstellung des Betätigungsteils in die Ruhestellung, beispielsweise ist das Rückstellmittel aus einem elastischen Material, welches durch die Betätigungsbewegung verformbar ist nach und dem Wegfallen der Betätigungsbewegung in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Beispielsweise ist das Bedienteil durch eine oder mehrere Federn in seiner Ruhestellung vorgespannt.
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Das Bedienelement weist erfindungsgemäß wenigstens zwei Getriebe mit je einer drehbar gelagerten Ausgangswelle auf. Die Anzahl der Getriebe, welche unter anderem jeweils eine Ausgangswelle umfassen, richtet sich beispielsweise nach der Größe und der Form der Betätigungsfläche. Bei einer dreieckigen oder quadratischen Betätigungsfläche sind beispielsweise die Ausgangswellen der drei bzw. vier Getriebe auf den Eckpunkten eines gedachten Dreiecks bzw. Quadrats angeordnet. Das Betätigungsteil kann mit Teilen der wenigstens zwei Getriebe einstückig ausgebildet sein, beispielsweise sind diese in einem gemeinsam Spritzgussverfahren hergestellt.
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Die Getriebe sind erfindungsgemäß so ausgelegt, dass die lineare Betätigungsbewegung des Betätigungsteils auf eine Rotationsbewegung der zu dem jeweiligen Getriebe gehörenden Ausgangwelle übertragen wird und umgekehrt. Letzteres meint, dass jedes Getriebe geeignet ist, die Rotationsbewegung seiner Ausgangswelle zurück auf eine lineare Bewegung des Betätigungsteils zu übertragen. Die Ausgangswellen sind beispielsweise an dem Gehäuse oder dem Betätigungsteil drehbar gelagert angeordnet. Die Ausgangswellen sind beispielsweise als Hohlwellen ausgeführt, die drehbar an je einem Zapfen angeordnet sind, welche mit dem Gehäuse starr verbunden sind.
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Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Bedienelement vor, dass die Rotationsbewegung der Ausgangswelle des einen Getriebes auf die Ausgangswelle des wenigstens einen anderen Getriebes mittels eines Koppelmittels übertragen wird und umgekehrt..
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Die Übertragung durch das Koppelmittel erfolgt derart, dass die lineare Betätigungsbewegung aller Getriebe wenigstens gleichgerichtet, bevorzugt ferner gleichmäßig ist. Gleichgerichtet und gleichmäßig im Sinne der Erfindung meint, dass die lineare Bewegung aller Getriebe bis auf Totgangverluste durch Spiel synchron erfolgt. Die erfindungsgemäße Gleichrichtung bezieht sich lediglich auf die gewünscht rein transversale Bewegung der Betätigungsfläche und nicht zwingend auf die Rotationsrichtung der Ausgangswellen. Deren Rotationsrichtung muss nicht zwingend kann aber gleichsinnig sein.
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Das erfindungsgemäße Bedienelement erlaubt eine möglichst spielfreie Lagerung des Betätigungsteils. Weiter ist das Betätigungsteil dazu geeignet mechanisch präzise Bewegungen ohne Verkippen auszuführen.
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Bevorzugt soll die resultierende lineare Betätigungsbewegung aller Getriebe derart gleichgerichtet sein, dass das Betätigungsteil sich gleichmäßig, d.h. synchron, in der linearen Betätigungsrichtung bewegt. Gleichmäßig im Sinne der Erfindung bedeutet eine Parallelverschiebung des Betätigungsteils relativ zu seiner Ruhestellung. Beispielsweise wird das Betätigungsteil in einer Richtung senkrecht zu seiner Betätigungsfläche bewegt, ohne dass eine weitere Bewegung in eine andere Richtung erfolgt. Eine lineare Betätigungsbewegung von 2 mm in der linearen Betätigungsrichtung führt zu einem Eingangshub aller Getriebe von 2 mm in der linearen Betätigungsrichtung. Zur Verringerung der Teilevielfalt und der Komplexität der Bauteile sind alle Getriebe bevorzugt identisch ausgelegt. Erfindungsgemäß umfasst das Koppelmittel zur möglichst verlustfreien Übertragung der Rotationsbewegung zwischen den Ausgangswellen aller Getriebe eine Zug- und/oder Schubstange..
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Bei den Getrieben handelt es sich beispielsweise um Kurvengetriebe. Bevorzugt sind die Getriebe Spindelgetriebe, die wenigstens einen Spindelgang aufweisen. Beispielsweise weist das Spindelgetriebe zwei, drei oder mehr Spindelgänge auf. Weiter weist das Spindelgetriebe beispielsweise wenigstens einen Nocken oder wenigstens ein Spindelgewinde auf, das in den Spindelgang greift, wobei die Anzahl der Nocken oder der Spindelgewinde auf die Anzahl der Spindelgänge abgestimmt ist. Die Steigung des wenigstens einen Spindelgangs bezüglich der linearen Betätigungsrichtung ist derart gewählt, dass es in keiner der Antriebsrichtungen zur Selbsthemmung kommt. Beispielsweise weist das Spindelgetriebe wenigstens einen Spindelgang mit einer Steigung bezüglich der linearen Betätigungsrichtung auf, die größer ist als 5°, aber kleiner als der Selbsthemmungswinkel. Je nach Größe des Getriebes liegt die Steigung beispielsweise in einem Bereich zwischen 20° und 50°, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen 35° und 48° und besonders bevorzugt ist eine Steigung von 45° vorgesehen.
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Bevorzugt liegt der Maximalhub der Transversalbewegung des Betätigungsteils in einem Bereich von 0,5 mm bis 5,0 mm, bevorzugter im Bereich von 0,8 mm bis 2,0 mm, meist bevorzugt im Bereich von 0,9 mm bis 1,2 mm.
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Erfindungsgemäß ist das Getriebe derart ausgestaltet, dass der durch die Transversalbewegung des Betätigungsteils definierte und vorgegebene Maximalhub der Betätigungsbewegung einem Rotationswinkel von 90° oder weniger entspricht. Beispielsweise führt eine Bewegung von 1mm in der linearen Bewegungsrichtung zu einer Rotation der Ausgangswelle um ca. 10° und umgekehrt. Die Beschränkung des Rotationsmaßes auf einen maximalen Winkel eröffnet die Möglichkeit, dass beispielsweise ein Gestänge zur Kopplung der Rotationsbewegung verwendet werden kann. Ferner kann bei einem so beschränkten Rotationsmaß die Länge des Spindelganges verkürzt sein und dieser muss beispielsweise nicht umlaufend vorgesehen sein.
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Bevorzugt sind die wenigstens zwei Getriebe und die zugehörigen Ausgangswellen betreffend ihre Bewegungsrichtung identisch ausgelegt. Beispielsweise sind die Ausgangswellen derart ausgelegt, dass eine Rotation gegen den Uhrzeigersinn eine lineare Bewegung der Spindelgetriebe in Richtung der Ruhestellung des Betätigungsteils bewirkt oder umgekehrt. Bevorzugt ist das Rückstellmittel zur Rückstellung des Betätigungsteils in wenigstens eines der Getriebe oder in wenigstens eine der Ausgangswelle integriert, beispielsweise ist eine Feder in eines der Getriebe integriert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Stellungsdetektion beispielsweise des Betätigungsteils und/oder eine Druckdetektion der vom Bediener bei der Betätigung aufgebrachten Betätigungskraft vorgesehen. Durch die lineare Betätigungsbewegung wird beispielsweise eine Schaltfunktion ausgelöst. Beispielsweise wird gemäß einer Ausführungsform durch die mechanische Bewegung des Betätigungsteils ein elektrischer Kontakt eines Tasters geschlossen.
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Bevorzugt umfasst das Bedienelement Detektionsmittel zur Stellungsdetektion wenigstens einer Ausgangswelle. Es wird detektiert, um welches Verstellmaß eine Rotation der Ausgangswelle erfolgt ist, die das Spindelgetriebe durch Betätigen des Betätigungsteils aus seiner Ruhelage umgesetzt hat. Die entsprechenden Informationen werden beispielsweise zur Auslösung einer Schaltfunktion verwendet. Gemäß einer anderen Ausgestaltung erfolgt die Stellungsdetektion und/oder Kraftmessung direkt am Koppelmittel, beispielsweise erfolgt die Stellungsdetektion über die Erfassung der Bewegung des Seils.
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Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Bedienelement wenigstens einen Aktuator zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung, der auf das Koppelmittel oder wenigstens auf eine Ausgangswelle wirkt. Der Benutzer erhält so eine haptisch merkbare Rückmeldung, wenn er eine Schaltfunktion ausgelöst hat, beispielsweise spürt er eine Vibration.
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Bevorzugt ist das Detektionsmittel zur Stellungsdetektion und/oder der Drucksensor dazu ausgelegt, die Erzeugung des haptischen Feedbacks durch den Aktuator zu initiieren.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Betätigungsteil eine berührungsempfindliche Eingabefläche, beispielsweise ist die Betätigungsfläche des Betätigungsteils wenigstens teilweise durch ein Touchpad oder ein Touchscreen definiert. Dadurch können von dem Benutzer ausgeführte händische Betätigungen ortsaufgelöst detektiert werden. Beispielsweise können Gesten, die ein Benutzer auf der berührempfindlichen Fläche eingibt, erfasst werden.
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Durch ortsauflösende Detektion ist es möglich, abhängig von der Position auf der Betätigungsfläche, an der die händische Betätigung zur linearen Betätigungsbewegung des Betätigungsteils erfolgt, unterschiedliche Schaltfunktionen zu aktivieren. Besonders bevorzugt wird ein solches Bedienelement in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Bedienung fahrzeuggebundener Komponenten, verwendet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren. Funktionell gleichartige Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1a, 1b perspektivische Darstellungen eines Spindelgetriebes 20 zur Verwendung in einem Bedienelement gemäß einer ersten Ausführungsform
- 1a perspektivische Darstellung eines Tubus 24 des Spindelgetriebes 20 gemäß der ersten Ausführungsform
- 1b perspektivische Darstellung einer Ausgangswelle 22 des Spindelgetriebes 20 gemäß der ersten Ausführungsform
- 2 perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bedienelements gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels mit Spindelgetrieben 20 gemäß der ersten Ausführungsform
- 3a, 3b perspektivische Darstellungen eines Spindelgetriebes 20, gemäß einer zweiten Ausführungsform zur Verwendung in einem Bedienelement
- 3a perspektivische Darstellung eines Tubus 24 des Spindelgetriebes 20 gemäß der zweiten Ausführungsform
- 3b perspektivische Darstellung einer Ausgangswelle 22 des Spindelgetriebes 20 gemäß der zweiten Ausführungsform
- 4 schematische Darstellung der Übertragung einer linearen Betätigungsbewegung auf eine Rotationsbewegung und der Übertragung einer Rotationsbewegung von einer Ausgangswelle 22 auf die daran gekoppelten Ausgangswellen
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1a und 1b zeigen perspektivische Darstellungen eines Spindelgetriebes 20 gemäß einer ersten Ausführungsform zur Verwendung in einem Bedienelement. Das Spindelgetriebe 20 ist zweiteilig ausgebildet und umfasst eine Ausgangswelle 22, wie in 1b gezeigt und einen Tubus 24, wie in 1a gezeigt, wobei die Ausgangswelle 22 als Hohlwelle 23 ausgebildet ist, an welche eine Treibscheibe 21 mit einer Keilrille zur Führung eines Seils angeflanscht ist. Der Tubus 24 ist ein einseitig offener Hohlzylinder, an dessen geschlossenem Ende eine Sockel 27 mit einer quadratischen Grundfläche ausgebildet ist. In dem Sockel 27 befinden sich vier in den Ecken seiner quadratischen Grundfläche angeordnete Löcher, die diesen komplett durchdringen. Der Hohlzylinder ist derart ausgestaltet, dass er formschlüssig über die Hohlwelle 23 gestülpt werden kann, wobei sich dann die Treibscheibe 21 der Ausgangswelle 22 an einem Ende des Spindelgetriebes 20, und der Sockel 27 des Tubus 24 an dem gegenüberliegenden Ende befinden. Weiter weisen der Tubus 24 in der Innenfläche des Hohlzylinders drei Spindelgänge 26 und die Hohlwelle 23 drei entsprechend ausgeformte Spindelgewinde 25 auf. Die Spindelgänge 26 und Spindelgewinde 25 weisen gegenüber der Mantelfläche der Hohlwelle 23 eine Steigung von 45° auf.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Bedienelements gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels umfassend ein Betätigungsteil 10, welches als eine rechteckige Platte mit einer rechteckigen Betätigungsfläche 12 ausgebildet ist. Das Betätigungsteil 10 ist beweglich gelagert und dazu ausgebildet, aus einer Ruhestellung heraus durch händische Betätigung eine lineare Betätigungsbewegung entlang einer Bewegungsrichtung auszuführen. Die lineare Bewegungsrichtung ist entlang des gezeigten Doppelpfeils gerichtet. Weiter umfasst das Bedienelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vier Spindelgetriebe 20, die, der Form des Betätigungsteils 10 angepasst, an den Eckpunkten eines gedachten Rechtecks angeordnet sind und ein Gehäuse 14. Das Betätigungsteil 10 weist in jeder seiner Ecken jeweils vier Bohrungen auf, die dazu geeignet sind, jeweils den Tubus 24 des Spindelgetriebes 20 über die in seinem Sockel 27 ausgebildeten Löcher, feststehend an dem Betätigungsteil, anzuordnen. Weiter sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Ausgangswellen 22 drehbar auf je einem Zapfen 28 gelagert. Die Zapfen 28 selber sind starr mit dem Gehäuse 14 verbunden, wie es der Schnitt durch eines der Spindelgetriebe 20 in 2 zeigt.
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Die Ausgangswellen 22 der in den benachbarten Ecken liegenden Spindelgetriebe 20 sind durch ein Koppelmittel 30, hier ein Seil, miteinander verbunden. Das Seil wird innerhalb der Keilrille um die Treibscheibe 21 der jeweiligen Ausgangswelle 22 geführt und spannt ein Rechteck auf. Dadurch wird eine Rotationsbewegung einer der Ausgangswellen 22 mittels Reibschluss auf das Seil übertragen und durch das Seil weiter auf die übrigen Ausgangswellen.
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3a und 3b zeigen perspektivische Darstellungen eines Spindelgetriebes 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform zur Verwendung in einem Bedienelement. Das Spindelgetriebe 20 ist zweiteilig ausgebildet und umfasst eine Ausgangswelle 22, wie in 3b gezeigt und einen Tubus 24, wie in 3a gezeigt. Die Ausgangswelle 22 ist als Hohlzylinder ausgebildet, an welchen eine Treibscheibe 21 mit einer Keilrille zur Führung eines Seils angeflanscht ist. In der Innenwand des Hohlzylinders sind zwei Spindelgänge 26 mit einer Steigung von 45° relativ zur Mantelfläche des Hohlzylinders ausgebildet.
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Der Tubus 24 ist als Vollzylinder mit zwei Stiften an einer seiner runden Grundflächen ausgebildet, wobei die Stifte dazu geeignet sind, den Tubus 24 feststehend mit dem Gehäuse 14 oder dem Betätigungsteil 10 des erfindungsgemäßen Bedienelements zu verbinden. In dem Zylinder befindet sich eine Durchführung zur Aufnahme eines Zapfens 28. Zusätzlich befinden sich zwei Spindelgewinde 25 mit einer Steigung von 45° relativ zu seiner Mantelfläche an dem Tubus 24.
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Der Hohlzylinder der Ausgangswelle 22 ist derart ausgestaltet, dass der Tubus 24 formschlüssig darin angeordnet werden kann, wobei sich dann die Treibscheibe 21 der Ausgangswelle 22 an einem Ende des Spindelgetriebes 20 befindet und sich die Stifte des Tubus 24 an dem gegenüberliegenden Ende befinden.
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In 4 ist gezeigt, wie vier Spindelgetriebe 20 gemäß der zweiten Ausführungsform über ihre Ausgangswellen 22 miteinander gekoppelt sind. Die Spindelgetriebe 20 sind an den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet, wobei die Seiten des Rechtecks durch ein Seil, das als Koppelmittel 30 dient, definiert werden. Das Seil wird derart innerhalb der Keilrille um die Treibscheibe 21 der jeweiligen Ausgangswelle 22 geführt, dass der Zug des Seils zwischen den Ausgangswellen 22 gleichgerichtet ist. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Betätigungsbewegung in negativer z-Richtung, die auf den Tubus 24 eines der vier Spindelgetriebe 20 wirkt, in eine im Uhrzeigersinn gerichtete Rotation der zugehörigen Ausgangswelle 22 umgesetzt. Die Rotationsbewegung wird über das Seil auf die beiden angrenzenden Ausgangswellen 22 übertragen, wobei die Zugrichtung des Seils innerhalb des aufgespannten Rechtecks, entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist. Die Rotation der Ausgangswellen 22 wiederum wird in eine in negative z-Richtung gerichtete lineare Bewegung der Tuben 24 umgesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Betätigungsteil
- 12
- Betätigungsfläche
- 13
- Bohrungen
- 14
- Gehäuse
- 20
- Spindelgetriebe
- 21
- Treibscheibe
- 22
- Ausgangswelle
- 23
- Hohlwelle
- 24
- Tubus
- 25
- Spindelgewinde
- 26
- Spindelgang
- 27
- Sockel
- 28
- Zapfen
- 30
- Koppelmittel
