DE102015116957B4 - Vorrichtung zur Erfassung der absoluten Position eines Drehknopfes - Google Patents

Vorrichtung zur Erfassung der absoluten Position eines Drehknopfes Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Erfassung der absoluten Position eines Drehknopfes (2a), umfassend
• einen durch Rotation um eine Rotationsachse beweglichen Teil (2) mit einem Drehknopf (2a) und einem unterhalb des Drehknopfes (2a) mit diesem verbundenen zylindrischen Abschnitt (2b) als dessen Verlängerung, wobei am Umfang des zylindrischen Abschnitts (2b) Reflexionsflächen (5) aufweisende Reflexionselemente (4) regelmäßig oder unregelmäßig verteilt, radial nach außen und/oder nach innen gerichtet und/oder flach auf der Zylindermantelfläche oder Bodenfläche des zylindrischen Abschnitts (2b) angeordnet sind,
• einen senkrecht zur Rotationsachse ausgerichteten feststehenden Teil (3) unterhalb des beweglichen Teils (2), wobei auf dem feststehenden Teil (3) eine Mehrzahl von Reflektorsensoren (7a, 7b, 7c, 7d) einer optischen Erfassungseinrichtung (7) in einem Bereich (8) des feststehenden Teils (3) angeordnet ist, der der Anordnung der Reflexionselemente (4) des beweglichen Teils (2) gegenüberliegt, und wobei die einzelnen Reflektorsensoren (4) zumindest einen Lichtemitter, der einen Lichtstrahl formt, und einen optischen Empfänger, um die durch Reflexionsflächen (5) reflektierten Lichtstrahlen zu empfangen, enthalten,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Reflexionselementen (4) Lücken (6) aufweist und/oder sich der Abstand mindestens einer Reflexionsfläche (5) zu dem gegenüberliegenden Bereich (8) des feststehenden Teils (3) von den Abständen der anderen Reflexionsflächen (5) zu diesem Bereich (8) unterscheidet und/oder dass die Anordnung von Reflexionselementen (4) Reflexionsflächen (5) mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften aufweist, und dass die höchstmögliche Reflexion einem Reflexionszustand von 100 % entspricht und dass für die Drehbewegung des Drehknopfes (2a) eine Mehrzahl von Raststellungen vorgesehen ist, wobei die Reflexionselemente (4) und Reflexionssensoren (7a, 7b, 7c, 7d) derart angeordnet sind, dass in jeder Raststellung zumindest an einem Reflektorsensor (7a, 7b, 7c, 7d) ein Reflexionszustand von 100 % vorliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der absoluten Position eines Drehknopfes. Gemäß der Erfindung wird eine optische Erkennung verwendet, um die absolute Position eines Drehknopfes zu erkennen.
  • Gemäß dem Stand der Technik finden Potentiometer mit oder ohne Getriebe, Hohlwellenpotentiometer und Gleitkontakte Anwendung. Die meisten dieser bekannten Verfahren nutzen den Kontakt oder mechanische Mittel für die Positionserkennung. Dies ist mit verschiedenen Problemen verbunden, zum Beispiel bezüglich der Kosten für die Umsetzung oder bezüglich der Reibung, die den Verschleiß von Teilen verursacht und einen Einfluss auf die Haptik ausübt.
  • Insbesondere werden Potentiometer mit oder ohne Getriebe aufgrund des geringen damit verbundenen Kostenaufwands häufig angewendet. Allerdings ist der Widerstand des Potentiometers sehr temperaturempfindlich. Hinzu kommt, dass der Abnutzungseffekt der Potentiometer nicht unerheblich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Variation von Stück zu Stück jeweils sehr hoch ist, was eine End-of-Line-Kalibration erfordert. Zudem ist eine 360°-Erfassung wegen des Getriebes kompliziert. Schließlich benötigt ein Potentiometer mit Getriebe einen verhältnismäßig großen Bauraum.
  • Hohlwellenpotentiometer werden aufgrund ihrer großen Genauigkeit sowie des geringen Wackelns ebenfalls häufig ausgewählt. Allerdings ist die Auswahl begrenzt. Es ist selten möglich, den Kundenwünschen mit Standardteilen gerecht zu werden. Nach Wünschen der Kunden hergestellte Teile sind teuer und bei geringen Abmaßen manchmal nicht realisierbar. Es ist zudem sehr schwierig, die Symbole zur Positionsanzeige zu beleuchten. Hohlwellenpotentiometer sind oft sehr teuer. Es ist sehr schwierig, das Hohlwellenpotentiometer hinsichtlich des Wackelns anzupassen. Bei einem Hohlwellenpotentiometer ist meist keine gute Führung für einen zentralen Druckknopf möglich.
  • Gleitkontakte haben den Vorteil, dass mit ihnen über 360° Drehwinkel des Drehstellers eine Detektion möglich ist. Nachteile sind ein großer Bauraumbedarf sowie eine geringe Lebensdauer. Zudem hat die Reibung Einfluss auf die haptische Rückmeldung. Meist ist eine spezielle Leiterplatte beziehungsweise ein spezieller Herstellungsprozess für die Leiterplatte erforderlich.
  • Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen ein Drehknopf mit einer optischen Detektion Anwendung findet. So beschreibt die US 7345273 B2 einen Drehschalter, insbesondere für ein Bediengerät, bestehend aus einem Bedienelement, einer auf einer Leiterplatte angeordneten Lichtemissionseinrichtung und einem ebenfalls auf der Leiterplatte angeordneten, das Licht auswertenden Empfänger. Dabei sind die Lichtemissionseinrichtung und der Empfänger in der Weise angeordnet, dass eine optoelektronische Erfassung von Schaltstellungen des Drehschalters ermöglicht wird. Die Lichtemissionseinrichtung ist im Inneren einer hohlzylinderförmigen Verlängerung des Bedienelements radial nach außen gerichtet befestigt, wobei die Verlängerung in Höhe der Lichtemissionseinrichtung regelmäßig am Umfang verteilte Öffnungen aufweist und wobei gegenüber der Lichtemissionseinrichtung an der Außenseite der Verlängerung mindestens zwei Empfänger angeordnet sind.
  • Aus der DE 102 27 803 A1 ist ein Bedienelement für Kraftfahrzeuge mit einem feststehenden Grundkörper, einer drehbar um eine Drehachse im Grundkörper gelagerte Handhabe, radial um die Drehachse angeordneten Anzeigefenstern sowie einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung mindestens eines der Anzeigefenster bekannt. Die Beleuchtungseinrichtung weist mehrere Lichtquellen auf, die radial um die Drehachse der Handhabe am feststehenden Grundkörper angeordnet und einzeln schaltbar sind. Mit der Handhabe ist ein Lichtleitelement fest verbunden, das eine Lichteinkoppelfläche, die bei Drehung der Handhabe sukzessive an den Lichtquellen vorbeigeführt wird, und eine Lichtauskoppelfläche, die einem fotosensitiven Element zugeordnet ist, aufweist. Das fotosensitive Element ist mit einer elektronischen Schaltung zur Auswertung des Ausgangssignals des fotosensitiven Elements verbunden, wobei durch sukzessives Schalten der Lichtquellen und der Auswertung des Ausgangssignals des fotosensitiven Elements eine Drehstellung der Handhabe bestimmbar ist.
  • Aus der EP 1 526 644 A1 ist ein Bedienfeld eines Kraftfahrzeugs beschrieben, das mit mindestens einem Drehknopf zur Regelung eines Parameters bezüglich eines von einem Belüftungs-, Heiz- und/oder Klimatisierungsgerät angetriebenen Luftstroms versehen ist. Der Drehknopf weist einen optischen Codierer mit selektivem Emittieren und Empfangen von Licht auf. Der optische Codierer enthält einen drehbeweglichen Teil, der aus dem Bedienfeld vorsteht, und einen ortsfesten Teil auf. Der ortsfeste Teil ist mit einer optischen Erfassungseinrichtung versehen, die mit dem beweglichen Teil zusammenwirken kann, um das Licht zu emittieren und zu empfangen. Dabei enthält die optische Erfassungseinrichtung zwei einzelne Sensoren, die je einen Lichtemitter, der einen einfallenden Lichtstrahl formt, und einen optischen Empfänger enthalten, um die vom beweglichen Teil reflektierten Lichtstrahlen aufzufangen. Dabei sind zwei Sensoren radial zueinander verschoben. Der Lichtemitter kann zum Beispiel einen einfallenden Lichtstrahl in Richtung des beweglichen Teils formen, während der optische Empfänger den vom beweglichen Teil reflektierten Lichtstrahl auffängt und daraus die Winkelverschiebung und die Drehrichtung des beweglichen Teils bezüglich des ortsfesten Teils ableitet. Dazu kann der bewegliche Teil mehrere radiale Inkremente mit reflektierender Fläche enthalten, die eine abwechselnde Anordnung von vorstehenden Teilen und von Vertiefungen enthalten, die auf mindestens einem Kranz angeordnet sind, der der optischen Erfassungseinrichtung gegenüberliegt.
  • Aus der US 7 244 927 B2 ist ein Drehknopf zum Einstellen eines Parameters auf einen Luftstrom durch Lüften, Heizen und/oder Klimatisierung bekannt. Dabei fungiert der Drehknopf als optischer Drehgeber umfassend einen rotierbaren Teil und einen befestigten Teil. Der befestigte Teil weist eine optische Erfassungseinrichtung zur inkrementellen Messung der Winkelrotation auf.
  • In der DE 10 2007 054 604 A1 ist ein drehbewegliches Eingabeelement mit Segmenten oder Sektoren, die um eine Achse angeordnet sind, beschrieben. Ein Sensor ist zum berührungslosen Abtasten des Eingabeelements in oder am Gehäuse angeordnet, um in Abhängigkeit von den abgetasteten Segmenten oder Sektoren ein Signal zu erzeugen. Eine Positionsdetektion wird mittels unterschiedlicher Längen der einzelnen Sektoren oder Segmente ermöglicht. Die verschiedenen Längen entsprechen dabei einer Kodierung.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für einen Drehsteller eine absolute Positionserkennung auf einfache Weise und kostengünstige Weise zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erfassung der absoluten Position eines Drehknopfes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst
    • • einen durch Rotation um eine Rotationsachse beweglichen Teil mit einem Drehknopf und einem unterhalb des Drehknopfes mit diesem verbundenen zylindrischen Abschnitt als dessen Verlängerung, wobei am Umfang des zylindrischen Abschnitts Reflexionsflächen aufweisende Reflexionselemente regelmäßig oder unregelmäßig verteilt, radial nach außen und/oder nach innen gerichtet und/oder flach auf der Zylindermantelfläche oder Bodenfläche des zylindrischen Abschnitts angeordnet sind,
    • • einen senkrecht zur Rotationsachse ausgerichteten feststehenden Teil unterhalb des beweglichen Teils, wobei auf dem feststehenden Teil eine Mehrzahl von Reflektorsensoren einer optischen Erfassungseinrichtung in einem Bereich des feststehenden Teils angeordnet ist, der der Anordnung der Reflexionselemente des beweglichen Teils gegenüberliegt, und wobei die einzelnen Reflektorsensoren zumindest einen Lichtemitter, der einen Lichtstrahl formt, und einen optischen Empfänger, um die durch Reflexionsflächen reflektierten Lichtstrahlen zu empfangen, enthalten
  • Die Anordnung von Reflexionselemente weist dabei Lücken auf und/oder der Abstand mindestens einer Reflexionsfläche zu dem gegenüberliegenden Bereich des feststehenden Teils unterscheidet sich von den Abständen der anderen Reflexionsflächen zu diesem Bereich und/oder die Anordnung von Reflexionselementen weist Reflexionsflächen mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften auf Letzteres bedeutet, dass anstelle von oder zusätzlich zu Lücken und unterschiedlichen Abständen zu dem gegenüberliegenden Bereich des feststehenden Teils unterschiedliche Reflexionseigenschaften der Reflexionsflächen der Reflexionselemente zu unterschiedlichen Reflexionen führen können.. Dies betrifft insbesondere die Variante mit der flachen Anordnung von Reflexionselementen auf der Zylindermantelfläche oder Bodenfläche des zylindrischen Abschnitts. So können einzelne Reflexionselemente bzw. Reflexionsflächen auch eine im Vergleich zu anderen Reflexionselementen geringe oder gar keine Reflexion aufweisen, was eine Alternative zu Lücken in einer Anordnung darstellt. Der Reflexion in solchen Bereichen kann dann ein Wert von 0 % zugeordnet werden. Die höchstmögliche Reflexion dagegen entspricht erfindungsgemäß einem Reflexionszustand von 100 %. Für die Drehbewegung des Drehknopfes ist eine Mehrzahl von Raststellungen vorgesehen, wobei die Reflexionselemente und Reflexionssensoren derart angeordnet sind, dass in jeder Raststellung zumindest an einem Reflektorsensor ein Reflexionszustand von 100 % vorliegt.
  • Der Begriff „zylindrisch“ schließt „hohlzylindrisch“ gleichermaßen mit ein, das heißt, der Abschnitt unterhalb des Drehknopfes kann als dessen Verlängerung auch hohlzylindrisch ausgebildet sein.
  • Gemäß der Konzeption der vorliegenden Erfindung wirken in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Anordnung aus mehreren Sensoren eines feststehenden Teils mit Mustern auf dem Drehknopf bzw. dessen Verlängerung zusammen. Die optischen Sensoren nutzen dabei eine Reflexion, um den Drehknopf zu erkennen, und auf Basis eines Musters einer Anzahl von Bits, die der Anzahl der verwendeten Sensoren entspricht, kann die genaue Lage detektiert werden. Vorzugsweise wird die Lage auf der Basis von eins bis zehn Bits bestimmt. Das heißt, dass auch die Zahl der Reflektorsensoren der optischen Erfassungseinrichtung vorzugsweise zwei bis zehn beträgt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Zahl der Reflektorsensoren der optischen Erfassungseinrichtung vier Reflektorsensoren.
  • Die Erfindung stellt eine neue, vorteilhafte Form der optischen Detektion bereit. Vorzugsweise werden vier Reflektorsensoren verwendet, wobei sich die Anzahl der Reflektorsensoren nach der Anzahl der Raststellungen richtet, die detektiert werden müssen. Die Reflexionsfläche auf dem jeweiligen Reflexionselement, vorzugsweise einem Kunststoffteil, wird für die Auswertung genutzt. Vorzugsweise sind die Reflexionselemente in Form von Kunststoffteilen und/oder Holzteilen, Metallteilen und/oder Keramikteilen ausgebildet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht der Reflexionszustand, bei dem der Lichtstrahl bei Vorliegen des in der Vorrichtung kleinstmöglichen Abstands zwischen einer Reflexionsfläche und einem emittierenden Reflektorsensor auf die Reflexionsfläche trifft, einem Reflexionszustand von 100 %.
  • Vorzugsweise entspricht der Reflexionszustand, bei dem ein emittierender Reflektorsensor mit seinem Lichtstrahl auf eine Lücke oder eine Reflexionsfläche ohne Reflexion trifft, einem Reflexionszustand von 0 %.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Reflexionsflächen derart angeordnet und vom feststehenden Teil beabstandet, dass insgesamt drei Zustände bzw. Stufen möglich sind, zum Beispiel mit einem Reflexionszustand von 100 % bei einem geringeren Abstand zwischen Reflexionsfläche und Reflektorsensor, mit einem Reflexionszustand von 50 % bei einem größeren Abstand zwischen Reflexionsfläche und Reflektorsensor und mit einem Reflexionszustand von 0 % im Falle einer Lücke. Dies ermöglicht einen Drei-Zustands-Algorithmus pro Bit und bei einer Zahl von vier Reflektorsensoren wären damit maximal 34 = 81 Kombinationen möglich.
  • Vorzugsweise ist jedoch in jedem Schritt, das heißt in jeder Rastposition, zumindest ein 100 %-Reflexionszustand gegeben. Der Vorteil besteht darin, dass mit dieser Information der Software-Algorithmus in der Lage ist, den Selbst-Kalibrationsprozess zu starten. Dazu sind die Reflexionselemente und Reflektorsensoren vorzugsweise derart angeordnet, dass in jeder Raststellung zumindest an einem Reflektorsensor der in der Vorrichtung kleinstmögliche Abstand zwischen zumindest einer Reflexionsfläche und einem emittierenden Reflektorsensor vorliegt.
  • Vorzugsweise liegt in jeder Raststellung zumindest an einem Reflektorsensor der in der Vorrichtung kleinstmögliche Abstand zwischen einer Reflexionsfläche und einem emittierenden Reflektorsensor vor.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, dass mit dieser Vorrichtung eine absolute optische Detektion, eine Erfassung über einen Rotationswinkel von 360° sowie eine geräuschlose Bedienung ermöglicht werden. Die Bauweise und der Verzicht auf Getriebe oder Ähnliches erhöht die Lebensdauer der Vorrichtung. Mit der Vorrichtung ist zudem, wie bereits erwähnt, eine Selbst-Kalibration möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt einen relativ kleinen Bauraum und hat keinen Einfluss auf die Haptik. Darüber hinaus ist die Zahl der Raststellungen bzw. Arretierungen individuell festlegbar und eine individuelle Haptik möglich. Nicht zuletzt sorgt die relativ einfache Bauweise potenziell für Kostenreduktionen im Produktionsprozess.
  • Die Vorrichtung eignet sich besonders für eine absolute Detektion von Drehstellern für Einrichtungen der Mittelkonsole in Fahrzeugen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
    • 1a: eine perspektivische schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Erfassung der absoluten Position eines Drehknopfes ,
    • 1b: eine Seitenansicht der Vorrichtung,
    • 1c: eine Detailansicht der Vorrichtung,
    • 2: die Abhängigkeit des Photostroms von der Entfernung zwischen einem emittierendem Sensor und einer Reflexionsfläche als Diagramm,
    • 3: eine schematische Darstellung der Abhängigkeit des Reflexionszustands von der Entfernung zwischen emittierendem Sensor und Reflexionsfläche und
    • 4: eine Vielzahl von Bit-Mustern, die jeweils durch vier Sensoren im Zusammenwirken mit Reflexionsflächen und Lücken in verschiedenen Raststellungen des Drehknopfes erzeugt wurden.
  • Die 1a zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung der absoluten Position eines Drehknopfes 2a. Die Vorrichtung 1 umfasst einen durch Rotation um eine Rotationsachse beweglichen Teil 2 mit einem Drehknopf 2a sowie einen senkrecht zur Rotationsachse ausgerichteten feststehenden Teil 3 unterhalb des beweglichen Teils 2. Der bewegliche Teil 2 umfasst neben dem Drehknopf 2a unterhalb davon einen mit dem Drehknopf 2a verbundenen zylindrischen beziehungsweise hohlzylindrischen Abschnitt 2b als dessen Verlängerung, wobei der bewegliche Teil 2 mit seinen Abschnitten 2a, 2b um die Rotationsachse drehbar ist. Am Umfang des zylindrischen Abschnitts 2b, am unteren Teil des Zylindermantels, ist ein Muster von radial nach außen gerichteten, befestigten oder geformten Vorsprüngen 4, regelmäßig oder unregelmäßig verteilt, kranzartig angeordnet. Diese Vorsprünge 4 sind Reflexionselemente 4, die Reflexionsflächen 5 aufweisen, die in Richtung des feststehenden Teils 3 gerichtet sind. Die Reflexionselemente 4 sind vorzugsweise in Form von eckigen Kunststoffkörpern 4 ausgebildet, deren nach unten weisende Flächen die Reflexionsflächen 5 bilden. Diese Vorsprünge 4 bzw. Kunststoffteile 4 bilden miteinander Profile und/oder weisen jeweils unterschiedliche Profile auf, sind teilweise um die Mantelfläche des zylindrischen Abschnitts 2b aneinander liegend angeordnet oder von anderen Kunststoffteilen 4 beabstandet, so dass innerhalb des Musters der kranzartigen Anordnung von Reflexionselementen 4 am Umfang des zylindrischen Abschnitts 2b auch Lücken 6 ohne Reflexionselemente 4 beziehungsweise Reflexionsflächen 5 entstehen.
  • Der feststehende Teil 3, im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Leiterplatte 3, ist mit einer optischen Erfassungseinrichtung 7 versehen, die mit dem beweglichen Teil 2 zusammenwirken kann. Dazu befindet sich der feststehende Teil 3 unterhalb des beweglichen Teils 2, und ist als Leiterplatte 3 senkrecht zur Rotationsachse des beweglichen Teils 2 ausgerichtet. Als Teil einer Erfassungseinrichtung 7 ist auf dem feststehenden Teil 3 eine Mehrzahl von Sensoren 7a, 7b, 7c, 7d in einem Bereich 8 des feststehenden Teils 3 angeordnet, wobei dieser Bereich 8 der kranzartigen Anordnung der Reflexionselemente 4 des beweglichen Teils 2 gegenüberliegt. Die einzelnen Sensoren 7a, 7b, 7c, 7d enthalten zumindest einen Lichtemitter, der einen Lichtstrahl formt, und einen optischen Empfänger, um die durch Reflexionsflächen 5 reflektierten Lichtstrahlen zu empfangen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind auf der Leiterplatte 3 insgesamt vier voneinander beabstandete Sensoren 7a, 7b, 7c, 7d entlang einer gekrümmten Bahn unterhalb des beweglichen Teils 2 angeordnet, die sich in dem Bereich 8 des feststehenden Teils 3 befindet, der der kranzartigen Anordnung der Reflexionselemente 4 gegenüberliegt.
  • Wie die Seitenansicht der Drehstellers 1 in der 1b zeigt, weisen die Vorsprünge 4 Reflexionsflächen 5 auf, die jeweils zum feststehenden Teil 3 und gegebenenfalls zu den Sensoren 7a, 7b, 7c, 7d gerichtet sind, wobei der Abstand der Reflexionsflächen 5 zum feststehenden Teil 3 variiert. Das heißt, das Muster der Reflexionselemente 4 mit den durch diese gebildeten Profilen und Lücken 6 stellt entlang des Umfangs des zylindrischen Abschnitts 2b zum feststehenden Teil 3 neben den Lücken 6 auch Reflexionsflächen 5 mit unterschiedlichen Höhenpositionen bereit.
  • Wie in der 1c zu erkennen ist, gibt es neben den Lücken zwei verschieden zum feststehenden Teil 3 beabstandete Gruppen 5a, 5b von Reflexionsflächen. Dabei weist eine Gruppe von Reflexionsflächen 5a einen geringeren Abstand zum feststehenden Teil 3 auf als die anderen Reflexionsflächen 5b.
  • Die 2 zeigt schematisch die Abhängigkeit des relativen Photostroms Ic von der Entfernung zwischen emittierendem Sensor und Reflexionsfläche in einem Diagramm für verschiedene Reflexionsmaterialien, wobei sich die gezeigte Abhängigkeit an einem Datenblatt für einen optischen Sensor orientiert. Das Diagramm zeigt die entsprechenden Kurven für Aluminiumspiegel und Papier mit unterschiedlichem Reflexionsgrad, angegeben in %. Wie die 2 zeigt, sinkt der Wert für den relativen Photostrom bei Verwendung von 60 %-reflektivem Papier bei einer Änderung der Entfernung von 1 mm auf 2 mm zwischen emittierendem Sensor und Reflexionsfläche um 50 % und sinkt bei einer weiteren Zunahme dieser Entfernung auf 5 mm annähernd um weitere 50 %. Auf diese Weise lässt sich ein Reflexionszustand von 100 %, ein Reflexionszustand von 50 % und 0 % definieren bzw. durch die Wahl eines entsprechenden Reflexionsmaterials sowie unterschiedlicher Entfernungen einstellen.
  • Eine schematische Darstellung der Abhängigkeit des Reflexionszustands von der Entfernung zwischen emittierendem Sensor und Reflexionsfläche entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die 3. Der kleinere Abstand zwischen einer Reflexionsfläche 5a und dem emittierenden Sensor 7a, 7d entspricht einem Reflexionszustand von 100 %, wohingegen der größere Abstand zwischen einer Reflexionsfläche 5b und dem emittierenden Sensor 7c einem Reflexionszustand von 50 % entspricht. Trifft ein emittierender Sensor 7b auf eine Lücke 6, so findet keine nennenswerte Reflexion statt, was einem Reflexionszustand von 0 % entspricht.
  • Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Reflexionsflächen derart angeordnet und vom feststehenden Teil beabstandet, dass insgesamt drei Zustände bzw. Stufen möglich sind, mit einem Reflexionszustand von 100 % bei dem geringeren Abstand zwischen Reflexionsfläche und Reflektorsensor, mit einem Reflexionszustand von 50 % bei dem größeren Abstand zwischen Reflexionsfläche und Reflektorsensor und mit einem Reflexionszustand von 0 % im Falle einer Lücke. Mit einer Anordnung von vier Reflektorsensoren 7a, 7b, 7c, 7d im Zusammenwirken mit einer kranzartigen Anordnung von Reflexionselementen mit den Lücken 6 und den zwei unterschiedlich beabstandeten Gruppen von Reflexionsflächen 5a, 5b wie in 3 lässt sich abhängig von der Zahl von möglichen Raststellungen des Drehknopfes eine Vielzahl von Bit-Mustern erzeugen. Dies ermöglicht einen Drei-Zustands-Algorithmus pro Bit und bei einer Zahl von vier Reflektorsensoren wären damit maximal 34 = 81 Kombinationen möglich. Die 4 zeigt ein Beispiel mit 36 verschiedenen Raststellungen des Drehknopfes, an denen eine entsprechende Zahl von Bit-Mustern durch vier Reflektorsensoren im Zusammenwirken mit in zwei möglichen Stufen beabstandeten Gruppen von Reflexionsflächen sowie Lücken in der kranzartigen Anordnung der Reflexionselemente erzeugt wurden. Abweichend von dem gezeigten Beispiel wäre es vorteilhaft, wenn in jeder der Raststellungen zumindest ein Bit einen Reflexionszustand von 100 % aufweist. Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass mit dieser Information der Software-Algorithmus in der Lage ist, den Selbstkalibrationsprozess zu starten.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung, Drehsteller
    2
    beweglicher Teil
    2a
    Drehknopf
    2b
    zylindrischer Abschnitt, hohlzylindrischer Abschnitt
    3
    feststehender Teil, Leiterplatte
    4
    Vorsprünge, Reflexionselement, Kunststoffteile, Kunststoffkörper
    5
    Reflexionsfläche
    5a
    Reflexionsflächen (mit geringerem Abstand zum feststehenden Teil 3)
    5b
    Reflexionsfläche (mit größerem Abstand zum feststehenden Teil 3)
    6
    Lücke
    7
    optische Erfassungseinrichtung
    7a
    Reflektorsensor, emittierenden Sensor
    7b
    Reflektorsensor, emittierender Sensor
    7c
    Reflektorsensor, emittierender Sensor
    7d
    Reflektorsensor, emittierender Sensor
    8
    Bereich des feststehenden Teils

Claims (7)

  1. Vorrichtung (1) zur Erfassung der absoluten Position eines Drehknopfes (2a), umfassend • einen durch Rotation um eine Rotationsachse beweglichen Teil (2) mit einem Drehknopf (2a) und einem unterhalb des Drehknopfes (2a) mit diesem verbundenen zylindrischen Abschnitt (2b) als dessen Verlängerung, wobei am Umfang des zylindrischen Abschnitts (2b) Reflexionsflächen (5) aufweisende Reflexionselemente (4) regelmäßig oder unregelmäßig verteilt, radial nach außen und/oder nach innen gerichtet und/oder flach auf der Zylindermantelfläche oder Bodenfläche des zylindrischen Abschnitts (2b) angeordnet sind, • einen senkrecht zur Rotationsachse ausgerichteten feststehenden Teil (3) unterhalb des beweglichen Teils (2), wobei auf dem feststehenden Teil (3) eine Mehrzahl von Reflektorsensoren (7a, 7b, 7c, 7d) einer optischen Erfassungseinrichtung (7) in einem Bereich (8) des feststehenden Teils (3) angeordnet ist, der der Anordnung der Reflexionselemente (4) des beweglichen Teils (2) gegenüberliegt, und wobei die einzelnen Reflektorsensoren (4) zumindest einen Lichtemitter, der einen Lichtstrahl formt, und einen optischen Empfänger, um die durch Reflexionsflächen (5) reflektierten Lichtstrahlen zu empfangen, enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Reflexionselementen (4) Lücken (6) aufweist und/oder sich der Abstand mindestens einer Reflexionsfläche (5) zu dem gegenüberliegenden Bereich (8) des feststehenden Teils (3) von den Abständen der anderen Reflexionsflächen (5) zu diesem Bereich (8) unterscheidet und/oder dass die Anordnung von Reflexionselementen (4) Reflexionsflächen (5) mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften aufweist, und dass die höchstmögliche Reflexion einem Reflexionszustand von 100 % entspricht und dass für die Drehbewegung des Drehknopfes (2a) eine Mehrzahl von Raststellungen vorgesehen ist, wobei die Reflexionselemente (4) und Reflexionssensoren (7a, 7b, 7c, 7d) derart angeordnet sind, dass in jeder Raststellung zumindest an einem Reflektorsensor (7a, 7b, 7c, 7d) ein Reflexionszustand von 100 % vorliegt.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Reflektorsensoren (7a, 7b, 7c, 7d) der optischen Erfassungseinrichtung (7) zwei bis zehn Reflektorsensoren (7a, 7b, 7c, 7d) beträgt.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Reflektorsensoren (7a, 7b, 7c, 7d) der optischen Erfassungseinrichtung (7) vier Reflektorsensoren (7a, 7b, 7c, 7d) beträgt.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionselemente in Form von Kunststoffteilen (4) und/oder Holzteilen, Metallteilen und/oder Keramikteilen ausgebildet sind.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionszustand, bei dem der Lichtstrahl bei Vorliegen des in der Vorrichtung kleinstmöglichen Abstands zwischen einer Reflexionsfläche (5a) und einem emittierenden Reflektorsensor (7a, 7b, 7c, 7d) auf die Reflexionsfläche (5a) trifft, dem Reflexionszustand von 100 % entspricht.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionszustand, bei dem ein emittierender Reflektorsensor (7a, 7b, 7c, 7d) mit seinem Lichtstrahl auf eine Lücke (6) oder eine Reflexionsfläche ohne Reflexion trifft, einem Reflexionszustand von 0 % entspricht.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Raststellung zumindest an einem Reflektorsensor (7a, 7b, 7c, 7d) der in der Vorrichtung kleinstmögliche Abstand zwischen einer Reflexionsfläche (5a) und einem emittierenden Reflektorsensor (7a, 7b, 7c, 7d) vorliegt.
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