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Gegenstand der Erfindung ist eine Bedienvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Bedienvorrichtung sowie ein Verfahren zur Bedienung der Bedienvorrichtung.
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Es sind Bedienvorrichtungen zur Auswahl gewünschter Funktionen bekannt, welche für jede Funktion eine individuelle Rastierung aufweisen. Diese Rastierung erfolgt üblicherweise über eine mechanische Rastfunktion. Alternativ ist es bekannt, die Haptik eines Drehstellers mittels eines magnetischen Feldes und einer Spule einzustellen, wobei der Drehsteller in Abhängigkeit vom Strom mit unterschiedlichen Bremsmomenten beaufschlagt und die beim Drehen gewünschten Rastpositionen eingestellt werden können.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 003 593 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse und einem Drehknopf und einer an dem Drehknopf angeordneten Drehachse und einem an der Drehachse angreifenden Bremselement, mittels der ein veränderbares Bremsmoment an den Drehknopf übertragbar ist, wobei zwischen dem Drehknopf und dem Bremselement ein eine Federwirkung erzielendes Element eingebracht ist, so dass eine Relativbewegung zwischen Drehknopf und Bremselement realisierbar ist. Dabei wirkt auf die Drehachse ein elektromagnetisches oder magnetorheologisch arbeitendes Bremselement.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bedienvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch eine besonders robuste und kostengünstige Rastierung auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bedienvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und/oder der Beschreibung.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Bedienvorrichtung, welche insbesondere zur Auswahl und/oder Einstellung von Funktionen ausgebildet und/oder geeignet ist. Prinzipiell kann die Bedienvorrichtung beliebig, z.B. in elektrischen Maschinen oder Geräten, eingesetzt werden. Bevorzugt jedoch ist die Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet.
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Die Bedienvorrichtung weist eine Welle auf, welche zur Aufnahme eines Bedienelements ausgebildet und/oder geeignet ist. Vorzugsweise ist das Bedienelement als ein Drehknopf ausgebildet, welcher drehfest an einem Ende der Welle angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist der Drehknopf formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder reibschlüssig mit der Welle verbunden. Die Welle ist um eine Drehachse verdrehbar. Vorzugsweise ist die Drehachse als eine Rotationsachse und/oder als eine Längsachse der Welle definiert.
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Die Bedienvorrichtung weist eine Rastiereinrichtung auf, welche zur Rastierung der Welle in mindestens oder genau einer Rastposition ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Rastiereinrichtung als eine elektromagnetische Rastiereinrichtung ausgebildet, welche eine Rastierung der Welle mittels magnetischer Kraftwirkung umsetzt. Hierzu weist die Rastiereinrichtung einen Bremsmagneten auf, welcher zur Erzeugung eines, insbesondere stromstärkeabhängigen, Magnetfeldes ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist der Bremsmagnet als ein Elektromagnet ausgebildet, welcher bei Anlegen eines Erregerstroms das Magnetfeld erzeugt.
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Ferner weist die Rastiereinrichtung ein mit der Welle drehgekoppeltes ferromagnetisches Bremselement, welches in dem Magnetfeld angeordnet ist. Insbesondere ist das Bremselement derart mit der Welle verbunden, sodass bei einer Verdrehung der Welle um die Drehachse, das Bremselement in dem Magnetfeld bewegt, insbesondere verdreht, wird. Dabei wird das Bremselement bei einer Aktivierung des Magnetfelds mit einem Bremsmoment beaufschlagt, um die Welle in der mindestens einen Rastposition zu arretieren. Insbesondere ist das Bremsmoment proportional zu einer Feldstärke des Magnetfeldes.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Rastiereinrichtung als eine Hysteresebremse ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Hysteresebremse als eine fremderregte, insbesondere stromerregte, Hysteresebremse ausgebildet. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass bei Erregung des Bremsmagneten das Magnetfeld als ein statisches Magnetfeld erzeugt wird und in Umfangsrichtung abwechselnd Pole gebildet werden. In einem Stillstand der Welle wird das ferromagnetische Bremselement entgegengesetzt zu den Polen des Bremsmagneten magnetisiert. Aufgrund der in dem Material des Bremselements auftretenden magnetischen Hysterese wird das Bremsmoment erzeugt, welches in Abhängigkeit des Erregerstroms veränderbar ist. Somit ist ein auf die Welle bzw. das Bedienelement aufgebrachte Drehmoment durch das aufgebrachte Bremsmoment beeinflussbar. Insbesondere weist die Bedienvorrichtung ein Gehäuse auf, wobei die Welle mit dem Bremselement in dem Gehäuse drehbar gelagert und der Bremsmagnet drefest in dem Gehäuse angeordnet ist. Somit bilden die Welle und das Bremselement einen Rotor und das Gehäuse und der Bremsmagnet einen Stator.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch eine Hysteresebremse eine besonders robuste Rastierung des Bedienelements umgesetzt werden kann. Zudem ist durch die Hysteresebremse eine deutlich kostengünstigere Fertigung der Bedienvorrichtung gegenüber einer Bedienvorrichtung mit einer mechanischen Rastfunktion möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch eine entsprechende Steuerung des Erregerstroms eine individuelle und flexible Anpassung der mindestens einen oder mehrerer Rastpositionen umgesetzt werden kann. Somit können neue Funktionen leicht bzw. bestehende Funktionen individuell auf neue oder bereits existierende Rastpositionen gelegt werden.
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In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bremselement als ein, insbesondere die Drehachse umlaufender, Hysteresering ausgebildet ist. Vorzugsweise weist der Hysteresering eine zylindrische Bauform auf. Besonders bevorzugt ist der Hysteresering aus einem dauermagnetischen „Hysteresematerial“, insbesondere einem halbhartmagnetischen oder einem hartmagnetischen Material, z.B. einer Eisenlegierung, gefertigt.
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Gemäß dieser Ausgestaltung weist der Bremsmagnet einen inneren und einen äußeren Polringabschnitt sowie eine Erregerspule auf. Prinzipiell können der innere und der äußere Polringabschnitt als zwei separate Bauteile, vorzugsweise als zwei konzentrisch zueinander angeordnete Polringe, ausgebildet sein. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der innere und der äußere Polringabschnitt ein Bauteil bilden, welches aus einem Stück, z.B. aus einem Guss, gefertigt ist. Vorzugsweise trägt der innere und/oder der äußere Polringabschnitt die Erregerspule. Im Speziellen kann der äußere und/oder der innere Polringabschnitt als ein Dauermagnet ausgebildet sein, sodass das Bremselement mit einem konstanten Bremsmoment beaufschlagt ist, welches durch die Erregerspule verstärkt werden kann. Insbesondere ist die Erregerspule als eine stromdurchflossene Spule, vorzugsweise eine Magnetspule, ausgebildet.
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Zwischen dem innen und dem äußeren Polringabschnitt ist ein ringförmiger, insbesondere konzentrisch zu der Drehachse angeordneter, Luftspalt gebildet ist, wobei der Hysteresering zumindest abschnittsweise in den Luftspalt hineinragt. Insbesondere ist das Magnetfeld in dem Luftspalt erzeugt, wodurch der im Luftspalt befindliche Hysteresering magnetisiert wird. Der Hysteresering ist frei in dem Luftspalt, insbesondere beabstandet zu den beiden Polringabschnitten angeordnet. Insbesondere weisen der innere und der äußere Polringabschnitt durch den Luftspalt getrennte Pole auf, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Pole des inneren und des äußeren Polringabschnitts abwechselnd in Umfangsrichtung eingeprägt und/oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet.
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In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Luftspalt als ein die Drehachse umlaufender Ringspalt ausgebildet ist, wobei der Hysteresering in einer axialen Richtung in Bezug auf die Drehachse in den Luftspalt eintaucht. Bevorzugt ist der Hysteresering in radialer Richtung beabstandet zwischen den beiden Polabschnitten in dem Luftspalt angeordnet. Insbesondere sind der Hysteresring und der Luftspalt in Bezug auf die Drehachse koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet. Vorzugsweise wird der Hysteresering bei einer Verdrehung der Welle relativ zu dem Bremsmagnet in dem Luftspalt verdreht, wobei das erzeugte Bremsmoment im Wesentlichen von einer Spaltbreite des Luftspaltes und vom Erregerstrom abhängig ist.
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Somit wird eine Bedienvorrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders kompakte Ausgestaltung auszeichnet. Zudem kann eine einfache Montage der Welle mit dem Hysteresering umgesetzt werden, indem die Welle mit dem Hysteresering einfach in axialer Richtung in den Luftspalt eingesetzt werden kann.
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In einer weiteren Umsetzung ist vorgesehen, dass die Bedienvorrichtung eine Sensoreinrichtung aufweist, welche zur Erfassung eines Drehwinkels der Welle ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Sensoreinrichtung kann an dem Gehäuse festgelegt sein, wobei bei einer Verdrehung der Welle die Sensoreinrichtung stationär an dem Gehäuse verbleibt. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung in radialer Richtung benachbart zu der Welle innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet. Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung als ein Winkellagegeber, vorzugsweise als ein Drehgeber, ausgebildet.
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Gemäß dieser Ausgestaltung weist die Bedienvorrichtung eine Steuerungseinrichtung auf, welche zur Steuerung des Erregerstroms auf Basis des Drehwinkels ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, bei einer Verdrehung der Welle zumindest an der Stelle der mindestens einen Rastposition durch eine Steuerung des Erregerstroms das Magnetfeld anzulegen oder zu verstärken, sodass das Bremsmoment an der Rastposition auf die Welle wirkt. Hierzu ist für die mindestens eine Rastposition ein zugehöriger Drehwinkel in der Steuerungseinrichtung hinterlegt. Bevorzugt wird bei Verdrehung der Welle um die Drehachse der aktuelle Drehwinkel durch die Sensoreinrichtung erfasst und an die Steuerungseinrichtung übermittelt. Die Steuerungseinrichtung ist dabei ausgebildet, den aktuellen Drehwinkel mit dem für die Rastposition hinterlegten Drehwinkel zu vergleichen, wobei bei einer Übereinstimmung des aktuellen Drehwinkels mit dem hinterlegten Drehwinkel die Steuerungseinheit die Erregerspule ansteuert.
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Somit wird eine Bedienvorrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders einfache Ansteuerung des Bremsmagneten auszeichnet. Durch die Ansteuerung der Erregerspule auf Basis des erfassten Drehwinkels können in einfacher Weise für unterschiedliche Drehwinkel virtuelle Rastierpunkt als Rastpositionen gesetzt werden.
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In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, an der mindestens einen Rastposition den Erregerstrom und somit das Bremsmoment zu erhöhen, sodass bei einer Drehbewegung der Welle ein haptisch wahrnehmbarer Widerstand erzeugt ist. Insbesondere wird der Erregerstrom bei Verdrehung der Welle ausschließlich an der Stelle der festgelten Rastposition(en) an die Erregerspule angelegt. Bei einer Verdrehung der Welle außerhalb der Rastposition liegt in diesem Fall kein Magnetfeld an, sodass sich die Welle leicht verdrehen lässt. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass dauerhaft ein Magnetfeld mit reduzierter Feldstärke angelegt ist, wobei bei einer Verdrehung der Welle die Feldstärke des Magnetfelds an der Stelle der Rastposition(en), insbesondere durch Erhöhung der Stromstärke des Erregerstroms, erhöht wird. Das Magnetfeld kann dabei durch den als Dauermagnet ausgebildeten inneren und/oder äußeren Polabschnitt erzeugt sein, und an der Stelle der Rastposition(en) durch Anlegen des Erregerstroms verstärkt werden. Alternativ ist außerhalb der Rastposition(en) ein stromstärkereduziertes Magnetfeld und an der Stelle der Rastposition(en) ein stromstärkeerhöhtes Magnetfeld durch die Erregerspule erzeugt.
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Somit wird eine Bedienvorrichtung vorgeschlagen, welche sich durch das erzeugte bzw. erhöhte Bremsmoment an der Stelle der Rastposition durch eine verbesserte Haptik auszeichnet. Durch die Einstellung der Stromstärke des Erregerstroms kann zudem der zu überwindende Widerstand an der Rastposition individuell eingestellt werden.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, mehrere voneinander beabstandete Rastpositionen durch eine Änderung des Erregerstroms einzustellen, sodass bei einer Drehbewegung der Welle mehrere haptisch wahrnehmbare Widerstände erzeugt sind. Bevorzugt ist für jede der Rastpositionen ein zugehöriger Drehwinkel in der Steuerungseinrichtung hinterlegt. Vorzugsweise sind die Rastpositionen gleichmäßig voneinander beabstandet über eine vollständige Umdrehung der Welle verteilt. Bevorzugt können über die Steuerung des Erregerstroms unterschiedlich haptisch wahrnehmbare Widerstände erzeugt werden. Somit können vorzugsweise unterschiedliche Rastformen, z.B. Haupt- und Zwischenrasten, umgesetzt werden.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, mindestens oder genau eine Endposition durch eine Änderung des Erregerstroms einzustellen, wobei der Erregerstrom an der Endposition einen Maximalwert aufweist, sodass ein Weiterdrehen durch das erzeugte Bremsmoment verhindert ist. Insbesondere weist das Magnetfeld an der Stelle der mindestens einen Endposition eine Feldstärke auf, welche größer ist als an der der Stelle der mindestens einen Rastposition. Im Speziellen können genau zwei Endpositionen durch die Steuerungseinrichtung eingestellt werden, sodass jeweils bei einer Drehung der Welle im bzw. gegen den Uhrzeigersinn ein Endanschlag definiert ist. Bevorzugt ist für jede der Endpositionen ein zugehöriger Drehwinkel in der Steuerungseinrichtung hinterlegt.
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Somit wird eine Bedienvorrichtung vorgeschlagen, welche ausgebildet ist, durch eine entsprechende Programmierung der Steuerungseinrichtung beispielsweise den Verlauf einer mechanischen Rastfunktion nachzubilden.
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In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, den Erregerstrom, insbesondere die Stromstärke, bei einer Verdrehung der Welle in Abhängigkeit des Drehwinkels stufenlos einzustellen, sodass eine stufenlose Arretierung an der mindestens einen Rastposition umgesetzt wird. Insbesondere kann die Steuerung des Erregerstroms über eine wellenförmige Kennlinie vorgegeben werden. Im Speziellen weist die Kennlinie einen harmonischen oder periodischen Verlauf auf.
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Es somit eine Überlegung der Erfindung, eine Bedienvorrichtung vorzuschlagen, welche aufgrund der stufenlosen Einstellung der Stromstärke bzw. des Bremsmoments eine verbesserte Haptik an dem Bedienelement umsetzt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bedienvorrichtung eine Getriebeeinrichtung aufweist, welche zur Übersetzung eines Antriebsmoments an der Welle auf ein Abtriebsmoment an dem Bremselement ausgebildet und/oder geeignet ist. Besonders bevorzugt hat die Getriebeeinrichtung die Funktion das an der Welle anliegende Antriebsmoment in ein Abtriebsmoment zu untersetzen. Insbesondere ist unter „untersetzen“ eine Übersetzung ins Langsame zu verstehen, wobei der Betrag des Übersetzungsverhältnisses | i | > 1 ist. Somit das Abtriebsmoment der Getriebeeinrichtung kleiner als das auf die Welle aufgebrachte Antriebsmoment.
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Somit wird eine Bedienvorrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine verbesserte Haptik auszeichnet. Da Hysteresebremsen über eine geringe Leistungsdichte verfügen, kann durch die Getriebeeinrichtung das durch das Bedienelement aufgebrachte Drehmoment übersetzt werden, sodass der haptisch wahrnehmbare Widerstand an dem Bedienelement erhöht wird.
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In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Getriebeeinrichtung als ein Planetengetriebe ausgebildet ist, welches einen Planetenträgerabschnitt, mehrere auf dem Planetenträgerabschnitt drehbar gelagerte Planetenräder, einen mit den Planetenrädern in Eingriff stehenden Hohlradabschnitt sowie ein mit den Planetenrädern kämmendes Sonnenrad aufweist. Bevorzugt ist der Hohlradabschnitt drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Der Holradabschnitt kann als ein separates Hohlrad ausgebildet sein, welches in Umlaufrichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist. Alternativ kann der Hohlradabschnitt jedoch auch als eine in einen Innenumfang des Gehäuses eingebrachte Verzahnung ausgebildet sein.
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Gemäß dieser Ausführung ist die Welle drehfest mit dem Planetenträgerabschnitt verbunden und das Bremselement drehfest mit dem Sonnenrad verbunden. Insbesondere sind die Welle und der Planetenträgerabschnitt aus einem Stück, z.B. aus einem Guss, gefertigt. Alternativ können die Welle und der Planetenträgerabschnitt jedoch auch als zwei separate Bauteile ausgebildet sein, wobei die Welle und der Planetenträgerabschnitt formschlüssig und/oder kraftschlüssig, z.B. über eine Steckverzahnung, miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt sind der Planetenträgerabschnitt und das Sonnenrad in Bezug auf die Drehachse koaxial zueinander angeordnet. Optional ist vorgesehen, dass die Bedieneinrichtung ein Trägerbauteil zur Aufnahme des Hystereserings aufweist. Das Trägerbauteil weist vorzugsweise eine Aufnahme zur drehfesten Kopplung mit dem Sonnenrad auf. Alternativ kann das Trägerbauteil jedoch auch einen Sonnenradabschnitt als das Sonnenrad aufweisen. Besonders bevorzugt weist das Trägerbauteil auf einer dem Planetengetriebe abgewandten Seite eine Aufnahme zur verliersicheren Aufnahme des Hystereserings auf.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der Bedienvorrichtung wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere dient die Bedienvorrichtung zur Bedienung und/oder Einstellung einer Temperatur, Lautstärke, Navigationssystem oder Ähnlichem des Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist eine Mittelkonsole auf, wobei die Bedienvorrichtung in die Mittelkonsole integriert ist. Besonders bevorzugt dient die Bedienvorrichtung zur Bedienung eines Infotainmentsystems des Fahrzeugs.
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Ein weiterer Gegenstand betrifft ein Verfahren zur Bedienung der Bedienvorrichtung wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:
- - Verdrehen der Welle um die Drehachse;
- - Erfassen des Drehwinkel der Welle durch die Sensoreinrichtung;
- - Ansteuerung des Bremsmagneten in Abhängigkeit des Drehwinkels durch die Steuerungseinrichtung;
- - Aktivierung des Magnetfelds durch den Bremsmagnet bei Erreichen eines in der Steuerungseinrichtung hinterlegten eine Rastposition definierenden Drehwinkels;
- - Erzeugen eines haptisch wahrnehmbaren Widerstandes durch Änderung der Stromstärke des Erregerstroms durch die Steuerungseinrichtung;
- - Erhöhung des Erregerstrom durch die Steuerungseinheit bei einer Verdrehung der Welle in die Rastposition hinein und Reduzierung des Erregerstroms bei Verdrehung der Welle aus der Rastposition heraus;
- - Beaufschlagung des Bremselements mit einem Bremsmoment bei der Aktivierung des Magnetfelds, um die Welle in der mindestens einen Rastposition zu arretieren.
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Es ist anzumerken, dass die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte nicht festgelegt ist. Des Weiteren sind einzelne Verfahrensschritte optional und/oder untereinander austauschbar.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert, wobei weitere Vorteile, Merkmale und Wirkungen der Figurenbeschreibung zu entnehmen sind. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Bedienvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine beispielhafte Kennlinie für eine Steuerungseinrichtung der Bedienvorrichtung aus 1.
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1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung eine Bedienvorrichtung 1, welche, beispielsweise in einer Mittelkonsole eines Fahrzeugs verbaut, zur Durchführung von Funktionen, wie z.B. Einstellung der Temperatur, Regulierung der Lautstärke, Bedienung eines Navigations- oder Infotainmentsystems oder dergleichen dient.
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Die Bedienvorrichtung 1 weist ein zweiteiliges Gehäuse 2 auf, welches aus einem ersten und einem zweite Gehäusebauteil 2a, b gebildet ist. Das erste Gehäusebauteils 2a ist topfförmig ausgebildet, wobei das zweite Gehäusebauteil 2b einen Gehäusedeckel bildet, welcher das erste Gehäusebauteil 2a abschließt. Das zweite Gehäusebauteil 2b weist eine zentrale Öffnung auf, durch welche eine um eine Drehachse D verdrehbare Welle 3 in das Innere des Gehäuses 2 geführt ist.
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Ferner weist die Bedienvorrichtung 1 ein mit der Welle 3 drehfest verbundenes Bedienelement 4, z.B. ein Drehknopf, auf, wobei das Bedienelement 4 außerhalb des Gehäuses 2 an einem axialen Ende der Welle 3 angeordnet ist. Beispielsweise ist das Bedienelement 4 über eine Form- und/oder Kraftschlussverbindung mit der Welle 3 verbunden.
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An einem dem Bedienelement 4 gegenüberliegenden Ende bildet die Welle 3 einen Eingang in eine Getriebeeinrichtung 5. Die Getriebeeinrichtung 5 ist als ein Planetengetriebe ausgebildet, wobei die Welle 3 mit einem Planetenträgerabschnitt 6 der Getriebeeinrichtung 5 drehfest verbunden ist. Beispielsweise sind die Welle 3 und der Planetenträgerabschnitt 6 aus einem Stück gefertigt.
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Die Getriebeeinrichtung 5 weist mehrere Planetenräder 7 auf, welche gleichmäßig um die Drehachse D verteilt auf dem Planetenträgerabschnitt 6 drehbar gelagert sind. Des Weiteren weist die Getriebeeinrichtung 5 einen Hohlradabschnitt 8 sowie ein Sonnenrad 9, wobei die Planetenräder 8 einerseits mit dem Holradabschnitt 8 und andererseits mit dem Sonnenrad 9 in Eingriff stehen. Der Holradabschnitt 8 ist beispielsweise als ein drehfest mit dem ersten Gehäuseabschnitt 2a verbundenes Hohlrad ausgebildet, sodass ein Antrieb über die Welle 3 bzw. den Planetenträger 6 und ein Abtrieb über das Sonnenrad 9 erfolgt.
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Die Bedienvorrichtung 1 weist eine Rastiereinrichtung 10, welche zur Rastierung der Welle 3 in einer oder mehreren Rastpositionen dient. Die Rastiereinrichtung 10 ist als eine fremderregte Hysteresebremse ausgebildet. Hierzu weist die Rastiereinrichtung 10 einen Bremsmagneten 11 auf, welcher zur Erzeugung eines Magnetfeldes ausgebildet ist. Der Bremsmagnet 11 weist einen inneren und einen äußeren Polringabschnitt 12a, b sowie eine Erregerspule 13 auf. Die beiden Polringabschnitte 12a, b sind in Bezug auf die Drehachse D koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der erste und der zweite Polringabschnitt 12a, b die Erregerspule 13 tragen. Zwischen den beiden Polringabschnitten 12a, b ist ein radialer Luftspalt 14 gebildet, in welchem das Magnetfeld erzeugt ist. In einer axialen Ansicht, nicht dargestellt, weisen die beiden Polringabschnitte 12a, b in Umfangsrichtung abwechselnd eingeprägte Pole auf, wobei auf einen Nordpol ein Südpol und auf einen Südpol ein Nordpol folgt. Die Pole des ersten und des zweiten Polringabschnitts 12a, b sind dabei in Umlaufrichtung versetzt zueinander angeordnet.
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Die Rastiereinrichtung 10 weist ein ferromagnetisches Bremselement 15 auf, welches über ein Trägerbauteil 16 drehfest mit dem Sonnenrad 9 gekoppelt ist. Das Bremselement 15 ist als ein Hysteresering ausgebildet, welcher in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse D zwischen den beiden Polringabschnitten 12a, b in den Luftspalt 14 eintaucht. Das Bremselement 15 ist frei beweglich in dem Luftspalt 14 angeordnet, wobei die Rastierung der Welle 3 durch eine magnetische Kraftwirkung der sich anziehenden Pole der Polringabschnitte 12a, b und einem dauermagnetischen Hysteresematerials des Hystereserings umgesetzt wird. Die im Hysteresematerial dabei auftretende magnetische Hysterese übt auf das Bremselement 15 ein Bremsmoment aus, welches im Wesentlichen von einer Spaltbreite des Luftspaltes 14 und einem Erregerstrom der Erregerspule 13 abhängt. Somit wird bei einer Aktivierung des Magnetfelds, das Bremselement 15 und somit die Welle 3 mit dem Bremsmoment beaufschlagt, um die Welle 3 in der mindestens einen Rastposition zu arretieren.
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Die Bedienvorrichtung 1 weist eine Steuerungseinrichtung 17 und eine Sensoreinrichtung 18 auf, welche signaltechnisch miteinander in Verbindung stehen. Die Sensoreinrichtung 18 ist beispielsweise als ein Drehgeber ausgebildet und dient zur Erfassung eines Drehwinkels der Welle 3 bei einer Verdrehung der Welle 3 um die Drehachse D. Die Sensoreinrichtung 18 kann beispielsweise innerhalb des Gehäuses 2 gegenüber dem Planetenträgerabschnitt 16 in radialer Richtung beabstandet angeordnet sein. Bei einer Verdrehung der Welle 3 um die Drehachse D erfasst die Sensoreinrichtung 18 einen absoluten oder relativen Drehwinkel und übermittelt diesen an die Steuerungseinrichtung 17.
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Die Steuerungseinrichtung 17 ist ausgebildet, den Erregerstrom der Erregerspule 13 in Abhängigkeit des durch die Sensoreinrichtung 18 erfassten Drehwinkels zu steuern. Hierzu kann beispielsweise für jede Rastposition ein zugehöriger Drehwinkel in der Steuerungseinrichtung 17 hinterlegt sein. Durch die Ansteuerung der Erregerspule 13 können somit besonders einfach virtuelle Rastierpunkte individuell gesetzt werden.
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Bei einer Bedienung der Bedienvorrichtung 1, wird das Bedienelement 4 mit einem Drehmoment beaufschlagt, sodass die Welle 3 um die Drehachse D verdreht wird. Dabei kann beispielsweise während der Verdrehung der Welle zwischen zwei Rastpositionen der Erregerstrom unterbrochen sein, sodass kein Magnetfeld erzeugt ist und die Welle 3 frei verdreht werden kann. Die Verdrehung der Welle 3 wird durch die Sensoreinrichtung 18 als ein Änderung des Drehwinkels detektiert, wobei bei einer Übereinstimmung eines in der Steuerungseinrichtung 17 hinterlegten Drehwinkels mit einem durch die Sensoreinrichtung 18 erfassten Drehwinkels, die Erregerspule 13 angesteuert wird. Durch das Anlegen des Magnetfeldes wird das Bremsmoment generiert, sodass bei einem weiteren Verdrehen ein haptischer Widerstand an dem Bedienelement 4 wahrnehmbar ist. Beispielsweise kann die Stromstärke bei einem Drehen des Bedienelements 4 in die Rastposition hinein und/oder aus der Rastposition heraus stufenlos durch die Steuerungseinrichtung 17 verändert werden. Somit ist es möglich, das auf das Bremselement 15 wirkende Bremsmoment stufenlos zu variieren, was für eine sehr gute Haptik sorgt.
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Da Hysteresebremsen über eine geringe Leistungsdichte verfügen, wird das auf das Bedienelement 4 aufgebrachte Drehmoment, insbesondere Antriebsmoment, durch die Getriebeeinrichtung 5 in ein auf das Bremselement aufgebrachtes Abtriebsmoment übersetzt, sodass der durch das Bremsmoment erzeugt Widerstand an dem Bedienelement 4 verstärkt wird.
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Durch eine entsprechende Programmierung der Steuerungseinrichtung 17 lassen sich für unterschiedliche Rastpositionen verschiedene Bremsmomente und/oder Abstände einstellen, sodass sich für jede Funktion eine individuelle Rastierung einstellen lässt, um eine optimale Haptik für die Funktion zu gewährleisten. Somit ist durch die Bedienungsvorrichtung 1 eine flexible Anpassung an die gewünschten Funktionen möglich, wobei neue Funktionen besonders leicht durch eine Hinterlegung des Drehwinkels und der zugehörigen Einstellung des Erregerstroms in die Steuerungseinrichtung 17 integriert werden können. Außerdem können dadurch, lediglich per Adaption der Steuerungseinrichtung 17, Funktionen für jeden Fahrzeugtyp individuell eingestellt werden. Weiter ist die Herstellung einer solchen Bedienvorrichtung 1 kostengünstig umsetzbar.
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2 zeigt eine beispielhafte Kennlinie für die Steuerungseinrichtung 17, welche über eine vollständige Umdrehung der Welle 3 von 360 Grad um die Drehachse D, den Verlauf der Stromstärke I des Erregerstroms in Abhängigkeit des Drehwinkels DW darstellt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind in der Steuerungseinrichtung 17 sieben Rastpositionen RP1 bis RP7 hinterlegt, wobei für jede Rastposition RP1 bis RP7 ein zugehöriger Drehwinkel DW in der Steuerungseinrichtung 17 festgelegt ist. Die Rastpositionen RP1 bis RP7 sind gleichmäßig voneinander mit einem Drehwinkel von 60 Grad beabstandet, wobei die erste Rastposition RP1 bei einem Drehwinkel DW von 0 Grad und die letzte Rastposition RP7 bei einem Drehwinkel DW von 360 Grad definiert ist.
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Die erste, vierte und siebte Rastposition RP1, RP4, RP7 sind als Hauptrasten und die zweite, dritte, fünfte und sechste Rastposition RP2, RP3, RP5, RP6 als Zwischenrasten definiert. Hierzu ist die Stromstärke I an der Stelle der Hauptrasten größer als an der Stelle der Zwischenrasten, sodass das erzeugte Bremsmoment und somit die haptisch wahrnehmbaren Widerstände unterschiedlich groß sind. Die Stromstärke I wird in Abhängigkeit des Drehwinkels DW stufenlos verändert, wobei die Stromstärke I bei einem Hineindrehen in eine der Rastpositionen RP1 bis RP7 erhöht und bei einem Herausdrehen aus einer der Rastpositionen RP1 bis RP7 reduziert wird. Dabei kann beispielsweise jeweils zwischen zwei benachbarten Rastpositionen RP1 bis RP7 die Stromstärke I einen Wert von I = 0A aufweisen, sodass kein Bremsmoment erzeugt und die Welle 3 von der einen in die nächste Rastposition ohne Widerstand verdreht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedienvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 2a,b
- Gehäusebauteile
- 3
- Welle
- 4
- Bedienelement
- 5
- Getriebeeinrichtung
- 6
- Planetenträgerabschnitt
- 7
- Planetenräder
- 8
- Hohlradabschnitt
- 9
- Sonnenrad
- 10
- Rastiereinrichtung
- 11
- Bremsmagnet
- 12a,b
- Polringabschnitte
- 13
- Erregerspule
- 14
- Luftspalt
- 15
- Bremselement
- 16
- Trägerbauteil
- 17
- Steuerungseinrichtung
- 18
- Sensoreinrichtung
- D
- Drehachse
- DW
- Drehwinkel
- I
- Stromstärke
- RP1-7
- Rastpositionen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005003593 A1 [0003]
