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Die Erfindung betrifft ein Betätigungselement nach
dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
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Ein Betätigungselement ist aus der
DE 199 64 133 A1 bekannt.
Der hierin offenbarte Drehschalter aus der Kraftfahrzeugtechnik
weist u.a. Bruchstellen auf, durch die ein Eintauchen des Drehknopfoberteils
des Betätigungselementes
bei erhöhtem
Kraftdruck auf das Drehknopfoberteil in eine Frontblende ermöglicht wird.
Am Drehknopfunterteil ist eine Schleiferplatte angebracht, auf die
Kontaktfedern zum Signalabgrift greifen. In einer besonderen Ausführung ist
im Drehknopfoberteil ein Tastelement integriert.
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Auch die
DE 199 64 131 A1 beschreibt
ein Betätigungselement.
Dieses weist ebenfalls einen Drehknopf mit Tastfunktion auf. Der
Signalabgriff erfolgt einmal über
eine Schleiferplatte direkt oder über ein angekoppeltes Potentiometer
indirekt.
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Beide Betätigungselemente sind durchdrehbar.
Die Drehknopflagerung beider Betätigungselemente
erlaubt eine vorzugsweise mittige Ausleuchtung des Betätigungselementes.
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Herkömmlich werden zur Realisierung
einer Haptik und zur Führung
des Drehknopfes Rastfedern oder dergleichen verwendet, durch die
eine Bremswirkung bei der Verstellung des Drehknopfes erzeugt wird.
Die Rastwirkung ist jedoch nicht optimal.
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Ein gattungsgemäßes Betätigungselement, ein elektrischer
Drehschalter, wird in der
DE
197 20 544 C1 offenbart. Für eine feinfühlige Verstellung
ist ein Betätigungsknopf
auf wenigstens drei Kugeln gelagert, die von einer Käfigscheibe
geführt
in einer Gehäuserille
rollen, die von einer Radialwand und einer Axialwand gebildet wird.
Die Kugeln bestehen aus einem leitenden Werkstoff und dienen zur
Kontaktherstellung. Der Drehschalter weist des Weiteren einen Anschlagsatz
auf, dessen Betätigungsverstellwinkel durch
Gehäuseanschläge begrenzt
ist.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe,
ein Betätigungselement
aufzuzeigen, welches sich durch eine optimale Rastung sowie eine
feinfühlige
bei gleichzeitiger geräuscharmer
Verstellung auszeichnet.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
in den Unteransprüchen
enthalten.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde,
eine feinfühlige
Dreh- und Rastbewegung am Betätigungselement
mittels einer 3D-Kugelführung
zu realisieren, welche zwei zueinander weisende, feststehende Führungskurven
sowie dazwischen befindliche Kugeln aufweisen, die vorzugsweise
mittels Kugelkäfig
gelagert werden. Die Führungskurven,
die in Kurvenplatten eingebracht sein können, werden durch eine Rille
mit unterschiedlichen Höhen
gebildet. Die in den Führungskurven
geführte
Kugeln übertragen
diese Rillenform als eine oszillierende Bewegung eines Drehknopfs
des Betätigungselementes
an eine Bedienperson, wobei der Drehknopf beispielsweise von der
Bedienperson weg taucht und mit Erreichen einer neuen Rastposition
wieder in seine ursprüngliche
Lage verbracht wird. Die Anzahl der unterschiedlichen Höhen bestimmt
dabei die Rastanzahl als auch die Feinfühligkeit der Verstellung.
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In Laufrichtung besitzen die Kugeln
kein, in Querrichtung ein leichtes Spiel. Entsprechend ist der Kugelkäfig gestaltet.
Der vorzugsweise ringeförmige Auskerbungen
aufweisende Kugelkäfig,
in denen die Kugeln liegen, liegt selbst frei innerhalb des Betätigungselementes.
Die Auskerbungen dient zum Halten und gewährleisten das Rollen der Kugeln.
Dazu weisen die Auskerbungen mittig ein engeres Maß als Außen auf,
wobei die Auskerbungen abgeflacht sind und somit eine gegenseitige
Führung
der Kugeln untereinander ermöglicht
wird. Zudem wird eine Außenreibung
der Kugeln vermieden. Der Kugelkäfig
besitzt im Bereich der Auskerbungen vorzugsweise kleine Phasen,
damit die Kugeln beim Einlegen nicht hindurch fallen. Die Kugeln
sind leicht in die Kurvenplatten bestückbar, was eine kostengünstige,
präzise Herstellung
des Betätigungselementes
ermöglicht.
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Durch den Käfig sowie die Auskerbungen
für die
Kugeln können
zudem Fertigungstoleranzen aufgefangen werden.
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In Weiterführung der Erfindung sind die
Führungskurve
einmal direkt in einer Blende eines Gerätes oder in einer Frontblende
eines Kfz und zum anderen am Unterteil des Betätigungselementes eingeformt.
Durch die Kugeln wird der Drehknopf des Betätigungselementes von der Blende,
in die das Betätigungselement
eingebaut werden soll, beabstandet. Zwischen beiden befindet sich
dann der seinerseits frei liegende Kugelkäfig.
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Vorzugsweise werden drei bis sechs
Kugeln verwendet, wobei diese Zahl nicht begrenzend ist. Ein Wackeln
des Drehknopfes wird dadurch verhindert, dass eine Kurvenscheibe
unterhalb des Drehknopfes vorhanden ist, die als Notanschlag dient. Dazu
besitzt der Drehknopf am unteren Teil Noppen, die bei der Verstellung
des Drehknopfes, der auf alle Kugeln drückt, gegen diese Kurvenscheibe
geführt werden.
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Die leise laufenden Kugeln bewirken
eine ruhige Drehbewegung. Zudem ist durch die Anzahl der Rillen
unterschiedlicher Höhe
die Schaffung einer Feinrastung möglich. Auf Schmierstoffe wie
bei sonstigen Kugellagern kann verzichtet werden.
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Alternativ können auch Rollen anstelle der Kugeln
vorgesehen werden. Die Ringe des Rollenkäfigs sind in diesem Fall dann
oval bzw. elipsenförmig. Die
Führungskurven
können
in ihrem Aufbau beibehalten werden, wenn die Rollen kegelähnlich geformt sind,
d.h. vorzugsweise mittig einen größeren Außenumfang besitzen.
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Anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnung
soll die Erfindung näher
erläutert
werden.
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Es zeigt
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1 ein
Betätigungselement
in Schnittdarstellung,
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2 eine
der beiden Kurvenplatten aus 1 in
einer Draufsichtdarstellung,
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2a einen
Ausschnitt aus 2,
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3 den
Kugelkäfig
aus 1,
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3a eine
vergrößerte Darstellung
aus 3,
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4 die
Kurvenplatte aus 1 in
einer Draufsichtdarstellung,
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5 ein
weiteres Betätigungselement
in Schnittdarstellung.
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In 1 ist
ein Betätigungselement 2 mit
einem im Gehäuse 1 befindlichen
Knopf 3 dargestellt, der im funktionalen Gebrauch verdreht
und mit dem hier zusätzlich
eine Tasttunktion 4 ausgeführt werden kann. Als Gehäuse 1 des
Betätigungselementes 2 fungiert
hier eine Frontblende 1' eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges,
in welche das Betätigungselement 2 eingebaut
ist. Das Betätigungselement 2 weist
an der unteren Seite 2.1 eine Schleifer- bzw. Schichtplatte 5 mit
Widerstandsbahnen auf, auf die Kontakte 6 eines Schleifers 7 angreifen,
welcher mit einer Leiterplatte 8 funktional zusammenwirkt,
die sich unterhalb der Blende 1' und des Betätigungselementes 2 befindet.
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Die Blende 1' weist eine
der Einbautiefe des Betätigungselementes 2 bzw.
der Kopftiefe des Knopfes 3 entsprechende Gehäuserippe 1.1'
auf, die hier geschnitten dargestellt, in diesem Ausführungsbeispiel
einen längeren
Abschnitt und einen kürzeren Abschnitt
besitzt, da die Blende 1' im Einbaubereich des Betätigungselementes
abgerundet ist.
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An der unteren, zum Drehknopf 3 weisenden Seite
der Gehäuserippe 1.1'
ist eine Führungskurve 10 eingearbeitet.
Dieser liegt umgekehrt eine gleich geformte Führungskurve 11 gegenüber, die
vorzugsweise auf einem Vorsprung 3.1 des Drehkopfes 3 eingebracht
ist. Die Führungskurven 10, 11 weisen
je eine Rille 14 mit unterschiedlichen Höhen 15, 16 auf, wobei
die Höhen 15 tiefer
liegend als die Höhen 16 sind
(2). Zwischen beiden
Führungskurven 10, 11 ist
ein Kugelkäfig 12 eingebunden,
in welchem Kugeln 13 gehalten und entlang der Rillen 14 bewegt werden.
Der Kugelkäfig 12 ist
vorzugsweise frei tragend eingebunden.
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Mit 17 ist eine Kurvenscheibe
gekennzeichnet, in die vorzugsweise die Kontakte 6 und
den Schleifer 7 integriert sind (4). Des Weiteren weist der Drehknopf 3 an
seiner unteren Seite 2.1 Noppen 21 auf, die sich bei Verstellung
des Drehknopfes 3 entlang des Kranzes der Kurvenscheibe 17 bewegen.
Der Kranz der Kurvenscheibe reduziert dabei das axiale Spiel des
Drehknopfes 3.
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In 2 ist
eine der beiden Führungskurven 10, 11 in
einer Draufsichtdarstellung dargestellt. Die Kurvenplatte 10 weist
die Rille 14 mit den unterschiedlichen Höhen 15, 16 auf.
Die Höhen 16 sind vorzugsweise
schmaler als die Tiefen 15 ausgeführt, um ein leichtes Rollen
aus den Tiefen 15 über
die Höhen 16 in
die nächste
Tiefe 15 zu ermöglichen.
Beim Zusammenspiel der beiden Führungskurven 10, 11 liegen
die Höhen 15 den
Höhen 16 der
jeweils anderen Führungskurve 10, 11 gegenüber.
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In 2a ist
ein Ausschnitt A aus 2 vergrößert aufgezeigt.
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3 zeigt
die Besonderheit des Kugelkäfigs 12.
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Dieser ist entsprechend dem Betätigungselement 2 ringförmig und
weist Auskerbungen 18 zur Aufnahme der Kugeln 13 auf.
In 3a ist eine der Auskerbungen 18 mit
Kugel 13 vergrößert dargestellt.
Die Auskerbungen 18 weisen kleine Phasen 19 auf,
durch die die jeweilige Kugel 13 im Kugelkäfig 12 gelagert
werden.
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Die Funktionsweise ist wie folgt:
Im
funktionsgemäßen Gebrauch
wird der Knopf 3 des Betätigungselementes 2 verdreht,
wobei die Kugeln 13 innerhalb der beiden zusammenwirkenden
Führungskurven 10, 11 bewegt
werden. Diese Kugeln 13 laufen entlang der Rillen 14 mit
unterschiedlichen Höhen 15, 16,
wodurch der Knopf 3 sich von der Blende 1' in
Richtung Leiterplatte 8 weg- und danach beim Erreichen
der neuen, tiefer liegenden Höhe 15 in
seine Ausgangslage zurückbewegt.
Diese tieferen Höhen 15 stellen
den jeweils nächsten
Rast- bzw. Einstellpunkt des Betätigungselementes 2 dar.
Eine nicht näher
dargestellte Bedienperson nimmt diese oszillierende Verstellung
des Knopfes 3 haptil wahr.
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Mit Verstellung des Knopfes 3 wird
in bekannter Art und Weise die untere Seite 2.1 und damit die Schleiferplatte 5 verstellt,
so daß die
abgreifenden Kontakte 6 ein weiteres Signal abgreifen können.
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Es versteht sich, dass die vorgenannte
Lösung
auch direkt in einem nicht näher
dargestellten Drehschalter ohne Blendeneinbau integriert sein kann.
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Feinheiten der Lösung sind u.a. die Einbindung
eines Knackschalters 20, der als Vorsprung des Betätigungselementes 2 sich
beim Einbau in die Leiterplatte 8 einhängt, wodurch ein genauer Abschluß erreicht
wird. Die außermittige
Drehknopflagerung des Drehknopfes 3 erlaubt eine mittige
Ausleuchtung desselben.
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5 zeigt
ein weiteres Betätigungselement 21,
welches durch eine mechanische Feder 22 von der Leiterplatte 8 in
Richtung Blende 1' vorgespannt wird.
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Um den Knopfaufschlagkriterien zu
entsprechen, weisen beide Betätigungselemente 2, 21 Sollbruchstellen 23 und
verformbare Schwachstellen 24 am Taster 4 im Drehknopf 3 auf.
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Verwendung finden derartige Betätigungselemente 2 mit
oszillierender Haptik in der Kfz-Technik,
im Haushalt und in Haushaltsgeräten,
in der Unterhaltungselektronik sowie in weiteren Technikgebieten,
wo eine haptile Rückinformation
bei der Bedienung der Geräte
erwünscht
ist.