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Die Erfindung betrifft ein Betätigungselement nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bekannte Betätigungselemente sind Taster, Drehschalter,
Kombinationen beider, Drehsteller oder auch sogenannte Schwenksteller.
Letztgenannte werden verschwenkt und schließen am Ende der Verstellung, ähnlich wie
ein Taster, Kontakte. Danach werden dieser Steller annähernd selbständig wieder in
die Ruhelage geführt.
Das Kontaktieren erfolgt somit durch Verschwenken des Stellers beispielsweise nach
rechts oder links. Dabei muss der Steller zu Beginn der Verstellung
eine geringe Kraft überwinden, um
ungewollte Betätigungen
zu vermeiden. Nachteilig ist, dass diese, häufig runden, Schwenksteller
gefettete Gleitlager, schleifende Rastfedern oder aufwendige konträre Endschalter
auf weisen. Zudem besitzen sie verhältnismäßig große Drehknöpfe. insbesondere die Gleitlager
als auch die Rastfedern erschweren ein gewünschtes leichtes Hineingleiten
in den Kontaktbereich.
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Eine Schalteranordnung mit schwenkbar
gelagerten Achsen beschreibt die
DE 42 15 097 A1 . An den Achsen sind kippbar
Hebel befestigt, die in entgegengesetzten Richtungen verschwenkbar
sind, sodass die Hebel ein erstes und ein zweites bewegliches Kontaktstück für einen
Schaltvorgang bewegen.
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Eine Anwendung eines Schwenkschalters als
Lichtschalter wird in der
DE
199 36 384 A1 offenbart.
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In der
DE 197 20 544 C1 wird ein
gattungsnahes Betätigungselement,
ein elektrischer Drehschalter, offenbart, dessen Betätigungsknopf
auf wenigstens drei Kugeln gelagert ist. Die Kugeln werden von einer
Käfigscheibe
in einer Gehäuserille
geführt, die
von einer Radialwand und einer Axialwand gebildet wird. Diese Kugeln
bestehen aus einem leitenden Werkstoff und dienen zur direkten Kontaktherstellung zwischen
Kontaktsegmenten und Kontaktbahnen der Radial- und Axialwandlauffläche in den
vorgegebenen Schaltstellungen des Betätigungselementes. Für einen
Schwenksteller ist diese Lösung
ungeeignet.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe,
ein verschwenkbares Betätigungselement
aufzuzeigen, das auf Rastfedern, gefettete Gleitlager und dergleichen verzichten
kann.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die
Merkmale des Patenanspruchs 1.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde,
eine Schwenkbewegung eines verschwenkbaren Betätigungselementes um die eigenen
Achse über
eine 3D- Kugelführung
zu realisieren, durch die außerdem eine
haptile Information bewirkt und an einen Bediener gegeben wird.
Die Kugelführung
ist im Betätigungselement
integriert und besteht aus einem Kugelkäfig zum Halten von wenigstens
drei Kugeln, einer unteren Kurvenplatte und einem oberen, elektrisch
leitenden und die Kugeln berührenden
Teil. Zumindest eine der Kugeln weist ein elektrisch leitendes Material
auf oder ist umfangsseitig mit einem derartigen Material versehenen.
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Das oberen Teil ist mit einem Drehknopf
des Betätigungselementes
funktional verbunden und wird bei Verstellung des Drehknopfes mit
bewegt.
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Die Kurvenplatte ist vorzugsweise
ein Kunststoffteil mit den Kurven bzw. Laufrillen und in einer, die
Kontakte tragenden Leiterplatte baulich eingebunden. Die Kurvenplatte
besitzt wenigstens eine sogenannte Kontaktkurve und vorzugsweise
mehrere Führungskurven.
Die Kontaktkurve befindet sich in dem Bereich, wo einer der zu kontaktierenden
Kontakte angeordnet ist und weist eine Kurvenform bzw. -führung auf,
in der die Kugel bis zu diesem Kontakt auf der Leiterplatte geführt wird.
Ist das Betätigungselement
in zwei unterschiedlichen Richtungen verschwenkbar und weist es
daher zwei Kontakte auf, liegt die Kontaktkurve vorzugsweise zwischen
den beiden Kontakten.
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Eine hiervon abweichende Kurvenform
haben die Führungskurven.
Da sie zur allgemeinen Führung
des Drehknopfes dienen und bewirken sollen, dass, um den Drehknopf
des Betätigungselementes
aus der Ruhelage bewegen zu können,
anfänglich
eine größere Verstellkraft
aufgewendet werden muss, weisen diese Kurven unterschiedliche Anstiegs
auf, über
die die Kugeln geführt
werden. Diese Kurvenformen bewirken auch, dass das Betätigungselement
zum Ends der Verstellung wie von selbst in den eigentlichen Kontaktpunkt
hinein gleitet und mit Loslassen die Kugeln wieder in die Ruhelagen
verstellt und damit der Drehknopf des Betätigungselementes in seine Ausgangsposition
bewegt wird.
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Das obere Teil der Kugelführung ist
im Drehknopf fest eingebunden. Dieses obere Teil ist als Stanzteil
ausgeführt
und elektrisch leitend bzw. zumindest teilweise mit einer elektrisch
leitenden Schicht oder Bahnen versehen. Das obere Teil ist in einer
ersten Ausführung
mit wenigsten einem der zu kontaktierenden Kontakte der unterhalb
des Drehknopfes befindlichen Leiterplatte elektrisch direkt verbunden.
Die Kontaktierung des einen Kontaktes auf der Leiterplatte mit dem,
das Kontaktpaar bildenden anderen Kontakt erfolgt über die
wenigstens eine leitende Kugel, die auf dem Kontakt auf der Leiterplatte direkt
zum Liegen kommt, und das obere Teil, dass seinerseits an den anderen
Kontakt greift. Eine weitere Ausführung ergibt sich, wenn beispielsweise eine
zweite elektrisch leitende Kugel sowie eine zweite Kontaktkurve
in die Kugelführung
eingebunden sind. Dann erfolgt die Kontaktierung über die
beiden Kugeln und das obere Teil.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung ergibt sich
durch die Einbindung einer Feder, die unter die Leiterplatte greift
und dabei den Drehknopf des Betätigungselementes
gegen die untere Seite Leiterplatte zieht. Diese kann Bestandteil
des oberen Teils der Kugelführung
sein. Diese einfache und mutige Fixierung ermöglicht einen leichten Zusammenbau
des Betätigunaselementes
an die Leiterplatte sowie eine mittige als auch außermittige
Ausleuchtung des Betätigungselements.
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In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen,
dass einer der zu kontaktierenden Kontakte sich auf der dem anderen
Kontakt abgewandten Seite der Leiterplatte befindet, sodass das
obere Teil der Kugelführung über diese
Feder an den abgewandten Kontakt der Leiterplatte greift. Dazu ist
die Feder mit leitendem Material versehen.
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Der Kugelkäfig weist so viele Kugelaufnahmen
auf, wie Kugeln (Kontaktkugeln, Führungskugeln) vorhanden sind.
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Der mechanische Anschlag für das Betätigungselement
wird u.a. durch im Bereich der Führungskurven
befindliche Ausnehmungen beidseitig der Kugelaufnahme im Kugelkäfig. Farailel
dazu können
weitere Anschläge
auf der Leiterplatte vorgesehen werden.
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Weitere Vorteile sind eins ruhige
Laufeigenschaft der Kugeln und damit Verstellung des Betätigungselementes,
eine reibungslose Verstellbarkeit sowie der einfacher Zusammenbau.
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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 einer Draufsichtdarstellung,
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2 das
Betätigungselement
in Schnittdarstellung A-A aus 1,
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3 das
Betätigungselement
in Schnittdarstellung B-B aus 1,
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4 eine
Darstellung einer Kontaktkurve,
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5 eine
Darstellung einer Führungskurve,
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6 eine
Darstellung einer Kurvenplatte mit einem Kontaktbereich und drei
Führungskurven,
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7 einen
Kugelkäfig
der Kugelführung aus 1,
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8 eine
Darstellung des Drehmomentenverlaufs am Betätigungselement.
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1 zeigt
ein Betätigungselement 1 in
einer Draufsichtdarstellung, welches um die eigene. Drehachse nach
rechts und links verschwenkbar ist. Das Betätigungselement 1 weist
einen Drehknopf 2 mit einem Drehgriff 3 auf und
ist in einer Blende 4 oder dergleichen integrierbar.
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Mit 5 ist eine Funktionsskala
bezeichnet, die zwei Funktionssymbole 6, 7 einschließt. Dabei
kann Symbol 6 ein Aufregeln und Symbol 7 ein Abregeln einer
Funktion bedeuten, wie beispielsweise Heizung wärmer oder Heizung kälter. Bezugszeichen 8 steht für den einen
Kontaktbereich, den diese Betätigungselement 1 umfaßt.
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2 zeigt
den Aufbau des Betätigungselementes 1 in
einer Schnittdarstellung A-A aus 1, längs des
Drehgriffs 3. Unterhalb des Drehknopfes 2 ist
ein als Stanzten ausgeführtes
oberes Teil 10 angebracht, wobei der Drehknopf mit Noppen 2.1 durch dieses
Teil 10 greift. Das Stanzten 10 ist selbst leitend
oder mit leitendem Material versehen und Bestandteil einer 3- D
Kugelführung,
die weiterhin aus einem Kugelkäfig 12,
Kugeln 13 und einer Kurvenplatte 14 besteht. Zumindest
eine der Kugeln 13 weist leitendes Material auf. Die Kurvenplatte 14 ist
in vorteilhafter Art und Weise in einer unterhalb des Drehknopfes 2 befindlichen
Leiterplatte 15 integriert. Eine hier sichtbare Kurve 16 ist
die Kontaktkurve, die unterhalb des Kontaktbereiches 8 aus 1 angeordnet ist. Am jeweiligen
Endr der Kurve 16 sind Kontakte 21, 22 der
Leiterplatte 15 angeordnet (4).
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In nicht dargestellter Weise wird
der Drehknopf 2 mit seinen Noppen 2.1 gegen Anschläge auf der
Leiterplatte 15 geführt,
wodurch das Verschwenken begrenzt wird.
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Die Lagerung bzw. Befestigung des
Betätigungselementes 1 auf
der Leiterplatte 15 erfolgt über den Drehknopf 2 und
eins u-förmig
gestaltete Feder 17, die vorzugsweise Teil des Stanzteiles 10 ist
und ihrerseits unter die Leiterplatte 15 vorzugsweise auf den
gemeinsamen Kontakt 18 der beiden Kontaktpaare 21-18, 22-18 greift.
Die Feder 17 besteht in dieser Variante aus einem leitenden
Material. Mittig ist ein Lichtelement 19 angedeutet, welches
den Drehknopf 2 mittig ausleuchten kann.
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3 zeigt
das Betätigungselement 1 im Schnitt
B-B, quer zum Drehgriff 3. Neben den bereits erläuterten
Bezugszeichen ist in 3 eine
weitere Kurve 20, die Führungskurve,
sichtbar, die ebenfalls in der Kurvenplatte 14 eingebracht
ist.
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Diese Kurve 20 unterscheidet
sich von der Kontaktkurve 16 durch ihre Länge, ihre
Rillengestaltung und ihre Funktion. Während die Kontaktkurve 16 beidseitig
einen einzigen, gleichmäßigen Anstieg
a1 aufweist und in einem der Kontaktpunkte 21, 22 auf der
Leiterplatte 15 übergeht,
weist die Führungskurve 20 beidseitig
vorzugsweise drei Anstiege b1, b2 und b3 auf. Der
erste Anstieg b1 ist annähernd identisch mit dem Anstieg
a1 der Kontaktkurve 16. Während der
Anstieg a1 schmal ist und auf der Leiterplatte 15 ausläuft, weist
die Führungskurve 20 in
dem sich diesem Abschnitt anschließenden Anstieg einen gegen
0 tendierenden zweiten Anstieg b2 auf, der
dann in einen gegen 2 tendierenden Anstieg b3 übergeht und
nicht mit der Leiterplatte 15 abschließt.
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Die Laufrille der beiden Kurven 16, 20 sind mittig
in etwa dem des Durchmessers der Kugeln 13 angepaßt. Diese
Mitte kennzeichnet die Ruhelage der Kugeln 13 als auch
die des Drehknopfes 2. Mit Beginn der Kurvenanstiege a1 bzw. b1 verengt
sich diese Rille, sodass nur noch die Kugelspitze der Kugeln 13 in
der Rille zum Anliegen kommen. Dadurch wird ein leichter Transport
der Kugeln 13 erreicht. Diese Form gewährleistet zudem eine gewünschte Haptik
und ein leichtes Einschwenken des Drehknopfes 2 zum Ende
der Bewegung zur Kontaktierung der Kontakte 21, 22.
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Diese Kurvenformen sind in den 4 und 5 dargestellt, wobei 4 die Kontaktkurve 16 zeigt und
in 5 die Führungskurve 20 veranschaulicht ist.
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6 zeigt
die Kurvenplatte 14 als Einzelteil. Die Kurvenplatte 14 besitzt
in dieser Ausführung
eine Kontaktkurve 16 sowie drei Führungskurven 20. Die gleichmäßige Verteilung
der Kurven 16, 20 um 90° inherhalb der Kurvenplatte 14 gewährleistet
eine gleichmäßige Lagerung
des Drehknopfes 2. Die Kurvenplatte 14 ist ein
Kunststoffteil. Am jeweiligen Ende der Führungskurven 20 weist
die Kurvenplatte 14 aufragende Begrenzungsnoppen 23 auf,
die zur Führung
und für
den Anschlag des Betätigungselementes 1 dienen.
Diese Begrenzungsnoppen 23 greifen im zusammengebauten
Zustand des Betätiaungselsmentes 1 von
unten in einen Freiraum 25 des Kugelkäfigs 12 ein. Beide
haben im Zusammenspiel eine die Drahbewegung begrenzende Funktion.
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Der Kugelkäfig 12 ist in 7 dargestellt und weist
hier vier Kugelhalter 24 auf, neben denen beidseitig die
Freiräume 25 eingebracht
sind. Die Kugelhalter 24 sind so ausgebildet, dass in ihnen
die Kugeln 13 zum Aufliegen kommen, wobei die Bewegung
der Kugeln 13 in Querrichtung ermöglicht, in Längsrichtung
jedoch unterbunden wird.
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Anhand der 1 bis 5 soll
die Handhabung des Betätigungselementes 1 näher erläutert werden. 4 zeigt die Kontaktierung
beim Verschwenken nach links, 5 das
Verhalten der Kugel 13 in der Führungskurve 20 beim
Verschwenken nach rechts.
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Die Kugeln 13 befinden sich
in Ruhelage mittig in der jeweiligen Kurve 16, 20.
Mit dem Verschwenken des Drehknopfes 2 werden durch die
Verstellung des oberen Teils 10 die Kugeln 13 entlang der
Kurven 16, 20 geführt, wobei auch der Kugelkäfig 12 mit
verstellt wird.
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Die Kugel 13 der Kontaktkurve 16 wird
mit der Verstellung des Drehknopfes 2 bis auf den Kontakt 22 bewegt,
wodurch über
die Kugel 13, das obere Teil 10 sowie die Feder 17 eine
elektrische Verbindung mit dem Kontakt 18 unterhalb der
Leiterplatte 15 geschaffen wird. Durch Loslassen des Drehknopfes 2 wird
die Kugel 13 von diesem Kontakt 22 entfernt und
in ihre Ruhetage geführt.
Dafür zuständig sind
die anderen drei Führungskurven 20.
Während die
eine Kugel 13 mit dem Kontakt 22 kontaktiert,
befinden sich die anderen drei Kugeln 13 im dritten Anstieg
b3 ihrer Führungskurven 20. Dies
bewirkt, dass die Kugeln 13 den Anstieg b3 verlassen,
wenn keine Kraft mehr auf den Drehknopf 2 einwirkt. Die
Kugeln 13 der Führungskurve 20 ziehen über den
Kugelkäfig 12 die
Kugel 13 der Kontaktkurve 16 vom Kontakt 22 und
alle vier Kugeln 13 sich dann in die Ruhelage.
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Dieser Drehmomentenverlauf, hier über den Drehwinkel,
ist in 8 dargestellt.
PR kennzeichnet den Ruhepunkt, wenn die
Kugeln 13 ihre Ruhelage eingenommen haben und mittig in
den Kurven 16, 20 liegen. Mit stetiger Verstellung
des Drehknopfes 2 und bis zum Erreichen des Anstieges b2 , gekennzeichnet als Pb2,
muß eine
größere Kraft
aufgebracht werden, als am Ende der Drehbewegung und dem Erreichen
des Kontaktes 22 (PK22). Der sich
hier darstellende erste Knick (Pb2) im Verlauf
wird von einer Bedienperson haptisch wahrgenommen.
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Dieses beschriebene Betätigungselement 1 ist
bevorzugt bis um jeweils ca. 21 ° aus
der Ruhelage heraus nach recht oder links verschwenkbar.
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Es versteht sich, dass im Rahmen
des erfinderischen Gedankens Änderungen
und weitere Ausführungen
möglich
sind.
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Beschrieben ist die Kontaktierung
zweier Kontakte 21, 22 über eine Kontaktkurve 16,
eine Kugeln 13, das obere Teil 10 der Kugelführung 12 und die
Feder 17. Möglich
ist aber auch die Einbindung mehrerer Kontaktkurven 16 in
die Kontaktplatte 14. Über
wenigsten zwei Kugeln 13 und dem oberen Teil 10 ist
aber auch eine zielgerichtete Kontaktierung zweier Kontakte auf
der Oberseite der Leiterplatte 15 erreichbar. Dazu wäre das obere
Teil 10 der Kugelführung 12 mit
leiterbahnähnlichen
Leiterverbindungen bzw. Strukturen zu versehen. Die Kontaktierung erfolgt
hier vom ersten Kontakt 21 oder 22 über eine erste
elektrisch leitende Kugel 13 – dem oberen Teil 10 (der
Leiterbahn) und der anderen leitenden Kugel 13, die zeitgleich
auf dem auf der Leiterplatte 15 befindlichen Kontakt 18 aufliegt.