DE10241869B4

DE10241869B4 - Elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE10241869B4
Application number: DE10241869.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Barthel
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: DE10241869A1

Abstract

Elektrischer Schalter (1) in der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters mit einem Betätigungsorgan (2), wobei das Betätigungsorgan (2) mit Verschwenkmitteln (3) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan (2) in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist, wobei das Betätigungsorgan (2) mit Verschiebemitteln (5) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan (2) um wenigstens eine Strecke aus einer Nullstellung in eine Verschiebestellung linear bewegbar ist, wobei die Schwenkstellung sowie die Verschiebestellung jeweils als Schaltstellung ausgebildet ist, derart daß das Betätigungsorgan (2) in der Schaltstellung auf ein Schaltelement (6) schaltend einwirkt, wobei die Verschwenkmittel (3) aus einem Führungsstück (13) und einem in der Nähe des einen Ende des Führungsstücks (13) befindlichen Kugelgelenk (8) bestehen, wobei das Betätigungsorgan (2) mittels eines in der Art eines Zapfens ausgestalteten Halteelements (40) am Führungsstück (13) angeordnet ist, und wobei das Halteelement (40) mittels einer Rückdruckfeder (22) in dem Führungsstück (13) für die Verschiebebewegung des Betätigungsorgans (2) linear beweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenk (8) in einer Aufnahme (41) an einer Halterung (7) gelagert ist, die Bestandteil des feststehenden, zentrierenden Mittelteils des Schalters (1) ist, wobei an dem einen an dem Kugelgelenk (8) angeordneten Ende des Führungsstücks (13) eine mit dem Führungsstück (13) bewegliche Tellerscheibe (9) angeordnet ist, wobei die Halterung (7) mittels eines Ansatzes (10) in eine Führungskurve der Tellerscheibe (9) eingreift, und wobei die Tellerscheibe (9) in der Schwenkstellung über eine Betätigungsscheibe (24) auf das jeweilige Schaltelement (6) schaltend einwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter.
In der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters ausgebildete elektrische Schalter dienen zur Eingabe von Daten für ein elektrisches Gerät durch einen Benutzer. Beispielsweise werden solche Schalter für Autoradios, Navigationsgeräte, Bordcomputer oder auch zur Steuerung sonstiger Funktionen in Kraftfahrzeugen verwendet. Insbesondere läßt sich ein solcher elektrischer Schalter auch als Multifunktionsschalter zur Menüsteuerung von Funktionen über ein Display im Kraftfahrzeug verwenden.
Ein derartiger elektrischer Schalter ist aus der US 4 459 440 A bekannt und besitzt ein in einer Verschwenkebene bewegbar gelagertes Betätigungsorgan, das in wenigstens zwei Richtungen verstellbar ist. Das Betätigungsorgan ist aus einer neutralen Stellung in eine der jeweiligen Richtung zugeordnete Schaltstellung durch den Benutzer bewegbar. In der Schaltstellung wirkt das Betätigungsorgan auf ein Schaltelement schaltend ein.
Der bekannte Schalter kann somit durch Verschwenken betätigt werden. Es mangelt diesem Schalter jedoch an weiteren Betätigungsmöglichkeiten, so daß dessen Funktionalität für manche Anwendungen nicht ausreicht.
Ein elektrischer Schalter, der durch Verschwenken und zusätzlich durch Verschieben betätigt werden kann, ist aus der DE 100 25 058 A1 bekannt. Bei diesem Schalter bestehen die Verschwenkmittel aus einem Führungsstück und einem Kugelgelenk, das in der Nähe des einen Ende des Führungsstücks angeordnet ist. Das Betätigungsorgan ist mittels eines Halteelements, das in der Art eines Zapfens ausgestaltet ist, am Führungsstück angeordnet. Das Halteelement ist seinerseits mittels einer Rückdruckfeder in dem Führungsstück für die Verschiebebewegung des Betätigungsorgans linear beweglich gelagert. Dadurch kann das Betätigungsorgan sowohl mit Hilfe des Führungsstücks über das Kugelgelenk verschwenkt als auch mit Hilfe des Halteelements im Führungsstück linear bewegt werden.
Weitere elektrische Schalter, die durch Verschwenken und zusätzlich durch Verschieben betätigbar sind, sind in der nicht vorveröffentlichten DE 100 27 446 A1 sowie in der US 5 619 021 A beschrieben.
Ein elektrischer Schalter mit erweiterter Funktionalität ist aus der DE 296 04 717 U1 bekannt. Dieser Schalter besitzt ein mit Verschwenkmitteln zusammenwirkendes Betätigungsorgan, so daß das Betätigungsorgan in zwei aufeinander senkrecht stehenden Verschwenkebenen jeweils in zwei Richtungen aus einer neutralen Stellung in Schwenkstellungen verschwenkbar ist. Das Betätigungsorgan wirkt weiter mit Verschiebemitteln zusammen, so daß das Betätigungsorgan um eine Strecke aus einer Nullstellung in eine Verschiebestellung linear bewegbar ist. Weiter kann das Betätigungsorgan noch mit Drehmitteln derart zusammenwirken, daß das Betätigungsorgan um bestimmte Winkel aus einer Ausgangsstellung in Drehstellungen verdrehbar ist. Die Schwenkstellung, die Verschiebestellung sowie gegebenenfalls die Drehstellung kann entsprechend der US 4 459 440 A jeweils als Schaltstellung ausgebildet sein, in der das Betätigungsorgan auf ein Schaltelement schaltend einwirkt.
In der DE 296 04 717 U1 sind zur Ausbildung der Verschwenk- und Verschiebemittel sowie gegebenenfalls der Drehmittel keine näheren Angaben gemacht. Insbesondere erhält man dort keine Hinweise, wie die Funktionalität Verschwenken und Verschieben sowie gegebenenfalls Drehen mittels eines einzigen Betätigungsorgans realisierbar ist. Schließlich ist auch nicht weiter ersichtlich, ob dieser Schalter zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit beengten Einbauräumen geeignet ist.
Schließlich ist in der nicht vorveröffentlichten DE 101 60 389 A1 ein elektrischer Schalter beschrieben, der durch Verschwenken, durch Verschieben und zusätzlich durch Drehen betätigbar ist. Bei diesem Schalter besteht das Betätigungsorgan aus zwei separaten Elementen und zwar aus einem Drehring zum Drehen sowie einem innerhalb des Drehrings angeordneten Betätigungselement für das Verschwenken sowie das Verschieben.
Der Erfindung liegt ausgehend von der DE 100 25 058 A1 die Aufgabe zugrunde, die Verschwenk- und Verschiebemittel derart auszugestalten, daß der mit hoher Funktionalität versehene Schalter mit kleinem Bauraum auskommt.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Schalter ist eine Halterung Bestandteil des feststehenden, zentrierenden Mittelteils des Schalters. In kompakter Anordnung ist dann das Kugelgelenk in einer Aufnahme an der Halterung gelagert. An dem einen beim Kugelgelenk befindlichen Ende des Führungsstücks ist eine mit dem Führungsstück bewegliche Tellerscheibe angeordnet, wobei die Halterung mittels eines Ansatzes in eine Führungskurve der Tellerscheibe eingreift. Die Tellerscheibe dient zum Schalten, indem die Tellerscheibe in Schwenkstellung auf das jeweilige Schaltelement schaltend einwirkt. Dabei wirkt die Tellerscheibe indirekt auf das Schaltelement ein, indem zwischen der Tellerscheibe und dem Schaltelement eine Betätigungsscheibe angeordnet ist. Platzbedarf entsteht dabei lediglich für das Führungsstück, womit der Schalter trotz hoher Funktionalität sehr kleinbauend ist. Außerdem ist der Schalter für rauhe Einsatzbedingungen geeignet. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Kugelgelenk kann durch einen Klemmring in der Aufnahme fixiert sein. Die Tellerscheibe dient zum anderen zur Bereitstellung der Haptik für den Benutzer beim Verschwenken des Betätigungsorgans, indem die Führungskurve der Tellerscheibe mit einer zusätzlichen Haptik versehen ist.
Durch Ausübung einer Rückstellkraft auf das Führungsstück bei Verschwenkung des Betätigungsorgans wird dieses selbstständig in die neutrale Stellung zurückgeführt. Hierzu ist in der Halterung wenigstens eine mit einer Druckfeder beaufschlagte Kugel gelagert. An dem anderen, insbesondere dem Kugelgelenk gegenüberliegenden Ende des Führungsstücks befindet sich ein Teller, der seinerseits auf der wenigstens einen Kugel beweglich gelagert ist. Dadurch wird das Führungsstück über den Teller beim Verschwenken präzise zwangsgeführt sowie durch die Wirkung der Druckfeder zurückgestellt. Wenn das Betätigungsorgan in mehrere Richtungen in der Art einer Windrose verschwenkbar ist, bietet es sich an, vier im Winkel von 90 Grad beabstandete Kugeln in der Halterung anzuordnen.
Um den Platzbedarf weiter zu reduzieren, bietet es sich an, das Betätigungsorgan im Inneren hohl zur Aufnahme der Verschwenk- und/oder Verschiebemittel auszugestalten. Das Betätigungsorgan läßt sich mittels zusätzlicher Rast- und/oder Schnapphaken am Führungsstück linear beweglich befestigen. Dabei können die Rast- und/oder Schnapphaken um eine in etwa mittige Öffnung im Inneren des hohlen Betätigungsorgans angebracht sein. Die Öffnung an der Außenseite des Betätigungsorgans läßt sich mittels eines Stopfens verschließen, der beispielsweise mit einem Zierelement, wie dem Kennzeichen des Herstellers, versehen sein kann.
In einer Weiterbildung besitzt der Schalter zusätzliche Drehmittel. Bei diesem Schalter, der sich durch geringen zusätzlichen Platzbedarf für die Drehmittel auszeichnet, bestehen die Drehmittel aus einem Drehteller sowie einem, insbesondere die Halterung übergreifenden Kupplungskorb, der sowohl mit dem Drehteller als auch mit dem Betätigungsorgan in Wirkverbindung bringbar ist. Die Drehbewegung des Betätigungsorgans auf den Kupplungskorb kann durch am Betätigungsorgan befindliche, in Ausnehmungen am Kupplungskorb eingreifende Mitnehmer übertragen werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Übertragung im Bereich des Mittelpunktes des Kugelgelenks, wodurch die Verschwenk- und Drehmittel wenig toleranzempfindlich sind. Eine solche Anordnung gestattet somit, den größten Teil der Drehmittel im hohlen Inneren des Betätigungsorgans unterzubringen.
Der Drehteller kann mittels wenigstens einer zweckmäßigerweise federbelasteten Kugel auf einem Sockelteil drehbar gelagert sein, so daß dessen präzise Führung gewährleistet ist. Vorzugsweise werden hierfür jedoch drei Kugeln verwendet, wobei eine Kugel zur Erzeugung eines gleichmäßigen Andrucks des Drehtellers am Kupplungskorb sowie zwei Kugeln zur Erzeugung der Haptik für den Benutzer bei der Drehbewegung dienen. Beispielsweise kann eine Haptik in der Art von Drehraststellungen gewählt sein. Der Drehteller wirkt dann in der Drehstellung auf das jeweilige Schaltelement schaltend ein.
In einer Weiterbildung werden die Bestandteile der Drehmittel zum großen Teil für die Ausgestaltung der Verschiebemittel mitverwendet, so daß wiederum wenig zusätzlicher Platzbedarf erforderlich ist. Hier bestehen die Verschiebemittel aus dem Halteelement, einer am Halteelement befindlichen Kugelpfanne, dem Kupplungskorb sowie dem Drehteller. Bei der Verschiebebewegung des Betätigungsorgans bewegt dann die Kugelpfanne den Kupplungskorb mitsamt dem Drehteller verschiebend. Diese Bewegung wird aufgrund der Federbelastung der Kugel im Sockelteil nicht behindert. Gleichzeitig bewirkt die Federbelastung der Kugel im Sockelteil auch eine Rückstellkraft auf die Verschiebemittel in Richtung zur Nullstellung für das Betätigungsorgan. In der Verschiebestellung wirkt dann der Drehteller auf das jeweilige Schaltelement schaltend ein.
Wird der elektrische Schalter zur Menüsteuerung an einem Display verwendet, so wird im allgemeinen die Verschwenk- und die Drehbewegung zur Anwahl der verschiedenen Menüs sowie der einzelnen Menüpunkte und die Verschiebebewegung des Betätigungsorgans, also indem der Benutzer das Betätigungsorgan niederdrückt, als Enter-Funktion für die angewählten Menü-Punkte verwendet. In diesem Fall kann es gewünscht sein, daß nicht gleichzeitig alle Funktionen ermöglicht sind, sondern die jeweils möglichen Funktionen der Logik der Menüsteuerung folgen. Zur Realisierung einer solchen Logik mittels des erfindungsgemäßen Schalters ist die Verschiebebewegung sowohl in der Schwenk- als auch in der Ausgangsstellung sowie gegebenenfalls in der Drehstellung ermöglicht. Die Drehbewegung hingegen ist in der Schwenkstellung gesperrt.
Zur Verwendung im elektrischen Schalter eignen sich eine Vielzahl von Schaltelementen. So kann es sich bei dem Schaltelement um eine Art von Schaltmatte, eine Schaltfolie, eine beispielsweise in der Art einer Schnappscheibe ausgestaltete Metall-Kontakscheibe, ein Schaltmodul, ein optisches Schaltelement in der Art einer Lichtschranke o. dgl. handeln. Das Schaltelement ist auf einer Leiterplatte angeordnet, wobei die Leiterplatte in etwa im Mittelbereich des Schalters zwischen dem Kupplungskorb und dem Drehteller befindlich sein kann, also im wesentlichen am unteren Ende des Betätigungsorgans. Zur Fixierung der Leiterplatte bietet sich ein Leiterplattensockel an, der den Drehteller in etwa zentrisch durchgreifend auf dem Sockelteil angeordnet ist, was wiederum eine äußerst platzsparende, kompakte Anordnung darstellt.
Es kann sich aus Gründen der Ergonomie sowie einer guten Haptik anbieten, die Drehstellung als Raststellung auszubilden. Bei Verwendung des elektrischen Schalters zur Menüsteuerung kann es wünschenswert sein, unterschiedlich strukturierte Menüs zu bedienen. In einem solchen Fall ist es dann vorteilhaft, für die Drehbewegung zwei oder auch mehrere Gruppen mit unterschiedlicher Rastung derart anzuordnen, daß der Schalter variabel zwischen den beiden oder den verschiedenen Gruppen umschaltbar ist.
Bei einem nicht die Erfindung betreffenden zweiten Ausführungsbeispiel weist der in der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters ausgestaltete elektrische Schalter ein Betätigungsorgan auf, das wiederum mit Verschwenkmitteln derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch das Betätigungsorgan nicht gleichzeitig drehbar. Vielmehr ist am verschwenkbaren Betätigungsorgan ein zusätzliches Drehelement angeordnet. Dadurch wird dem Benutzer die weitere Funktionalität der Drehbetätigung zwar optisch signalisiert, dennoch ist in einfacher sowie ergonomischer Art und Weise die gleichzeitige Betätigung durch Verschwenken und durch Drehen mit derselben Hand des Benutzers ermöglicht.
Das Drehelement ist bevorzugterweise in der Art eines Rändelrades ausgestaltet, womit die Funktionalität der Drehbewegung weitgehend selbsterklärend für den Benutzer ist. Weiter kann das Drehelement zusätzlich zur Drehbewegung verschiebbar sein, insbesondere in etwa senkrecht zur Oberfläche des Betätigungsorgans. Dadurch ist dann noch die zusätzliche Verschiebebewegung realisiert, beispielsweise um den Benutzer die Enter-Funktion durch Drücken zu ermöglichen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schalter trotz hoher Funktionalität mit geringem Platzbedarf auskommt. Damit ist der Schalter für enge Bauräume, wie sie im Armaturenbrett, der Mittelkonsole, der Armlehne o. dgl. im Kraftfahrzeug gegeben sind, geeignet. Weiter ist der Schalter fehlerunanfällig und besitzt eine hohe Lebensdauer. Der erfindungsgemäße Schalter läßt sich somit vorteilhaft in rauhen Umgebungsbedingungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, einsetzen. Außerdem weist der Schalter eine gute Haptik auf. Trotz hoher Funktionalität ist der Schalter einfach, beispielsweise mit den Fingern einer Hand, zu bedienen, wobei Fehlbedienungen weitgehend ausgeschlossen sind. Außerdem ist der Schalter kostengünstig herzustellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 perspektivisch einen durch Schwenken, Drücken und Drehen betätigbaren elektrischen Schalter in der Art eines Multifunktionsschalters,
2 den Schalter aus 1 in aufgeschnittener Darstellung, wobei der Schalter nicht betätigt ist,
3 eine Darstellung wie in 2, wobei der Schalter jedoch durch Schwenken betätigt ist,
4 den Schalter wie in 2, jedoch in anderer Perspektive sowie mit aufgeschnittenem Sockelteil,
5 (bestehend aus 5a und 5b) eine Explosionsdarstellung des Schalters,
6a in der Art einer Kontaktscheibe ausgestaltete Schaltelemente des Schalters,
6b die Draufsicht auf eine Leiterplatte für die Kontaktscheibe,
6c die Kontaktscheibe als Einzelteil,
6d die Draufsicht auf die Kontaktscheibe,
7a in der Art einer Schaltfolie ausgestaltete Schaltelemente des Schalters,
7b die auf einer Leiterplatte angeordnete Schaltfolie,
7c die Draufsicht auf die Leiterplatte,
7d die Draufsicht auf die Schaltfolie,
8a einen Schalter, bei dem die Schaltstellungen als Raststellungen ausgebildet sind, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
8b einen Querschnitt durch den in 8a gezeigten Schalter,
9a bis 9d eine Prinzip-Darstellung zur Realisierung variabler Raststellungen,
10a und 10b eine Prinzip-Darstellung zur Realisierung variabler Anschläge,
11 das mit einem Drehelement versehene Betätigungsorgan des Schalters gemäß einem nicht die Erfindung betreffenden, weiteren Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht und
12 das Betätigungsorgan gemäß 11 in Drauf- und Seitenansicht.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer elektrischer Schalter 1 zu sehen, der in der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters bzw. Multifunktionsschalters ausgestaltet ist. Der Schalter 1 besitzt ein Betätigungsorgan 2, das insbesondere in der Art eines Knopfes ausgebildet ist.
Das Betätigungsorgan 2 ist vom Benutzer auf mehrere unterschiedliche Arten manuell betätigbar. Zunächst wirkt das Betätigungsorgan 2 mit Verschwenkmitteln 3 derart zusammen, daß das Betätigungsorgan 2 in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung 3' aus einer neutralen Stellung in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist. Weiterhin wirkt das Betätigungsorgan 2 mit Verschiebemitteln 5 derart zusammen, daß das Betätigungsorgan 2 um wenigstens eine Strecke aus einer Nullstellung in eine Verschiebestellung in Richtung 5' linear bewegbar ist. Schließlich kann, falls gewünscht, das Betätigungsorgan 2 noch mit Drehmitteln 4 derart zusammenwirken, daß das Betätigungsorgan 2 um wenigstens einen Winkel aus einer Ausgangsstellung in eine Drehstellung in Richtung 4' verdrehbar ist. Die Schwenkstellung, die Verschiebestellung sowie gegebenenfalls die Drehstellung ist jeweils als Schaltstellung ausgebildet, derart daß das Betätigungsorgan 2 in der jeweiligen Schaltstellung auf ein in 5b sichtbares, zugehöriges Schaltelement 6 schaltend einwirkt.
Wie anhand der 5a, 5b ersichtlich ist, bestehen die Verschwenkmittel 3 aus einem Führungsstück 13 und einem Kugelgelenk 8, das sich in der Nähe des einen Ende des Führungsstücks 13 befindet. Das Betätigungsorgan 2 ist mittels eines in der Art eines Zapfens ausgestalteten Halteelements 40 am Führungsstück 13 angeordnet, so daß das Betätigungsorgan 2 um das Kugelgelenk 8 als Drehpunkt verschwenkbar ist. Dabei ist das Halteelement 40 in dem Führungsstück 13 linear beweglich gelagert, womit weiterhin die Verschiebebewegung des Betätigungsorgans 2 ermöglicht ist. Zur Rückstellung des Betätigungsorgans 2 in die Nullstellung befindet sich am Halteelement 40 eine Rückdruckfeder 22, die in 2 zu sehen ist.
Das Kugelgelenk 8 ist in einer Aufnahme 41 an einer Halterung 7 gelagert. Zur Fixierung des Kugelgelenks 8 in der Aufnahme 41 dient ein nicht weiter gezeigter Klemmring. Die Halterung 7 ist wiederum Bestandteil des feststehenden, zentrierenden Mittelteils des Schalters 1. An dem beim Kugelgelenk 8 befindlichen Ende des Führungsstücks 13 ist eine Tellerscheibe 9 angeordnet, die mit dem Führungsstück 13 beim Verschwenken beweglich ist. Die feststehende Halterung 7 greift mittels eines in 2 sichtbaren Ansatzes 10 in eine Führungskurve der beweglichen Tellerscheibe 9 ein, wie näher in 2 zu erkennen ist, wodurch das Betätigungsorgan 2 wunschgemäß, beispielsweise entsprechend einer Windrose, beim Verschwenken zwischen der neutralen Stellung gemäß 2 und der Schwenkstellung gemäß 3 geführt ist. Die Führungskurve in der Tellerscheibe 9 kann dementsprechend ausgestaltet sein, um dem Benutzer eine zusätzliche Haptik beim Verschwenken zu vermitteln. Die Tellerscheibe 9 wirkt dann in der Schwenkstellung über eine Betätigungsscheibe 24 auf das jeweilige Schaltelement 6 schaltend ein. Wie anhand von 5b ersichtlich ist, handelt es sich bei den Schaltelementen 6 für das Verschwenken um eine in der Art von Schnappscheiben ausgestaltete Kontaktscheibe 23.
In der Halterung 7 ist wenigstens eine mit einer Druckfeder 11 beaufschlagte Kugel 12 gelagert. Bevorzugterweise handelt es sich um vier im Winkel von 90 Grad beabstandete Kugeln 12, die also entsprechend einer Windrose angeordnet sind. Beispielsweise können die Kugeln 12 einen Durchmesser von 3 mm aufweisen. An dem anderen Ende des Führungsstücks 13, das dem Kugelgelenk 8 gegenüberliegt, befindet sich ein Teller 42. Dieser Teller 42 ist auf der wenigstens einen Kugel bzw. den vier Kugeln 12 beweglich gelagert. Zum einen ist dadurch die Bahn zum Verschwenken des Betätigungsorgans 2 bestimmt. Zum anderen wird aufgrund der Wirkung der Druckfedern 11 eine Rückstellkraft bei Verschwenkung des Betätigungsorgans 2 auf das Führungsstück 13 zur neutralen Stellung ausgeübt.
Zweckmäßigerweise ist das Betätigungsorgan 2 mittels zusätzlicher Rast- und/oder Schnapphaken 16 am Führungsstück 13 linear beweglich befestigt. Die Rast- und/oder Schnapphaken 16 sind um eine in etwa mittige Öffnung 17 im Inneren des hohlen Betätigungsorgans 2 angebracht. Die Öffnung 17 in der Mitte ermöglicht die Gestaltung der Rast- und/oder Schnapphaken 16 in der Art einer passiven Rastung, womit das Betätigungsorgan 2 aus Metall hergestellt sein kann. Die Öffnung 17 ist an der Außenseite des Betätigungsorgans 2 mittels eines Stopfens 18 verschließbar. Der Stopfen 18 weist gegebenfalls ein Emblem oder ein Logo auf.
Die Drehmittel 4 bestehen aus einem Drehteller 20 sowie einem Kupplungskorb 15, der die Halterung 7 übergreift. Der Kupplungskorb 15 ist sowohl mit dem Drehteller 20 über einen Mitnahmering 14 als auch mit dem Betätigungsorgan 2 in Wirkverbindung bringbar. Dadurch ist die Drehbewegung des Betätigungsorgans 2 auf den Kupplungskorb 15, und zwar vor allem im Bereich des Mittelpunktes des Kugelgelenks 8, übertragbar. Hierfür dienen am Betätigungsorgan 2 befindliche Mitnehmer 43, die in korrespondierende Ausnehmungen 44 am Kupplungskorb 15 eingreifen. Der Drehteller 20 ist mittels wenigstens einer Kugel 21 auf einem Sockelteil 26 drehbar gelagert. Bevorzugterweise handelt es sich um drei, jeweils etwa um 120° beabstandete Kugeln 21, die mit einer Feder 45 beaufschlagt und im Sockelteil 26 gehaltert sind. Eine der Kugeln 21, und zwar die in 4 rechts angeordnete Kugel 21, ist radial versetzt zu den beiden anderen Kugeln 21 angeordnet und läuft auf der unteren Fläche des Drehtellers 20. Diese Kugel 21 dient mit den beiden anderen Kugeln 21 zur Erzeugung eines gleichmäßigen Andrucks des Drehtellers 20 am Kupplungskorb 15. Die beiden weiteren Kugeln 21 dienen zusätzlich zur Erzeugung der Haptik, die in der Art von Drehraststellungen ausgestaltet ist. Die Drehraststellungen sind durch gleichmäßig beabstandete Löcher 29 im Drehteller 20 realisiert, wobei die in 4 links dargestellte Kugel 21 in ein solches Loch 29 rastend eingreift. In der Drehstellung des Betätigungsorgans 2, wobei die beiden Kugeln 21 in korrespondierende Löcher 29 rastend eingreifen, wirkt der Drehteller 20 auf das jeweilige Schaltelement 6 schaltend ein. Wie anhand von 2 oder 3 ersichtlich ist, handelt es sich bei den Schaltelementen 6 für das Verdrehen um Gabellichtschranken 46, die mittels entsprechend ausgestalteter Blenden 47 am Drehteller 20 schalten.
Wie weiter der 5a, 5b zu entnehmen ist, bestehen die Verschiebemittel 5 aus dem Haltelement 40, einer am Halteelement 40 befindlichen Kugelpfanne 48, dem Kupplungskorb 15 sowie dem Drehteller 20. Bei einer Verschiebebewegung des Betätigungsorgans 2 bewegt die Kugelpfanne 48 den Kupplungskorb 15 mitsamt dem Drehteller 20 nach unten verschiebend. Zum einen wird das Verschieben durch Drücken des Benutzers auf das Betätigungsorgan 2 aufgrund der beweglichen Lagerung des Halteelements 40 am Führungsstück 13 ermöglicht. Zum anderen ist der Durchmesser der Kugeln 21 größer als der Verschiebeweg gewählt, so daß der Drehteller 20 die Kugel 21 gegen die Kraft der Feder 45 nach unten verschieben kann. Beispielsweise kann ein Kugeldurchmesser von 5 mm bei einem gewünschten Drückerweg von ca. 2 mm gewählt werden. In der Verschiebestellung wirkt nun der Drehteller 20 auf das jeweilige Schaltelement 6 schaltend ein. Wie anhand von 2 oder 3 ersichtlich ist, handelt es sich bei dem Schaltelement 6 für das Verschieben wiederum um die Gabellichtschranke 46, wobei durch das Verschieben die Blende 47 am Drehteller 20 aus der Gabellichtschranke 46 herausbewegt wird, so daß als Signal für die Verschiebestellung das Ausschalten der Gabellichtschranke 46 ausgewertet wird.
Das Drücken des Betätigungsorgans 2 ist sowohl in dessen geschwenkter als auch in dessen axialer Lage möglich. Folglich ist die Verschiebebewegung sowohl in der Schwenk- als auch in der Ausgangsstellung sowie gegebenenfalls in der Drehstellung ermöglicht, während bevorzugterweise die Drehbewegung in der Schwenkstellung gesperrt ist.
Wie bereits erwähnt besitzt der Schalter 1 als Schaltelement für die Schwenkstellung eine in der Art einer Schnappscheibe ausgestaltete Metall-Kontakscheibe 23 sowie für die Verschiebe- und Drehstellung ein optisches Schaltelement in der Art einer Lichtschranke 46. Selbstverständlich kann das jeweilige Schaltelement 6, das in der Schwenk- sowie Verschiebestellung und gegebenenfalls in der Drehstellung schaltend betätigt wird, auch in der Art einer Schaltmatte, einer Schaltfolie, einem Schaltmodul o. dgl. ausgestaltet sein. Das Schaltelement 6 ist auf einer Leiterplatte 25 angeordnet, wobei die Leiterplatte 25 in etwa im feststehenden Mittelbereich des Schalters 1 zwischen dem Kupplungskorb 15 und dem Drehteller 20 befindlich ist. Ein den Drehteller 20 in etwa zentrisch durchgreifender Leiterplattensockel 19 ist auf dem Sockelteil 26 zur Fixierung der Leiterplatte 25 angeordnet.
Zur Signalgebung beim Schwenken des Betätigungsorgans 2 erfolgt die Kontaktierung in einem Achsenkreuz von 90 Grad. Bei einer Betätigungsrichtung von 45 Grad werden zwei Schaltelemente 6 kontaktiert. Eine Art von ”Rühren” mit dem Betätigungsorgan 2 ist dabei ermöglicht. Der Schalter 1 gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel besitzt für das Schwenken eine Kontaktscheibe 23 aus Kupfer-Beryllium zur Kontaktierung. Zur Übertragung der Betätigungskräfte auf die Kontaktscheibe 23 wird die Betätigungsscheibe 24 eingesetzt. Damit werden die 45 Grad-Bewegungen, sowie eine störende Relativbewegung ausgeglichen. Auch werden mit der Betätigungsscheibe 24 die Schaltelemente 6 fixiert.
Zur Signalgebung beim Verschieben des Betätigungsorgans 2, die in allen Stellungen möglich ist, steuert der Drehteller 20 zwei auf der Leiterplatte 25 befindliche Gabellichtschranken 46. Durch Drücken des Betätigungsorgans 2 wird auf einem Weg von beispielsweise 2 mm die Abschottung der Gabellichtschranken 46 total herausgefahren. Es entsteht ein „1-1”-Sgnal. Dieses Signal kann als dementsprechendes Funktionssignal genutzt werden. Der Drehteller 20 hat im unteren Bereich einen durchgehenden Rand, der auch beispielsweise die Auslösung eines Schaltmoduls ermöglichen kann.
Zur Signalgebung beim Drehen des Betätigungsorgans 2 dienen ebenfalls die auf der Leiterplatte 25 befindlichen beiden Gabellichtschranken 46. Der Drehteller 20 steuert über die Blende 47 die Signale der Gabellichtschranken 46. Es kann dabei die Drehrichtung sowie die Anzahl der Stufen der Drehung erkannt werden. Vorgesehen sind beim Ausführungsbeispiel zwanzig Raststellungen gemäß der Löcher 29 ohne Anschlag für die Drehung.
In einem weiteren Beispiel ist eine Ausgestaltung des Schaltelements 6 als Metall-Kontaktscheibe 23 in 6a näher zu sehen. Die Metall-Kontaktscheibe 23 wirkt mit entsprechenden Leiterbahnen 30 auf einer in 6b gezeigten Leiterplatte 25, auf der LEDs 50 angeordnet sind, schaltend zusammen. Die Leiterbahnen 30 können gemäß 6b eine Ringkontaktierung in vier Teilen aufweisen. Die in 6c und 6d gezeigte Metall-Kontaktscheibe 23 kann als CuSn-Teil, das einseitig galvanisch veredelt ist, ausgestaltet sein. In 7a und 7b ist eine andere Ausgestaltung für das Schaltelement 6 als eine Folie 31, die ebenfalls mit in 7c sichtbaren Leiterbahnen 30 auf der Leiterplatte 25 schaltend zusammenwirkt, zu sehen. Die Leiterbahnen 30 können gemäß 7c als Ringkontaktierung in 8 Teilen ausgestaltet sein, wobei die Kaschierung auf der Leiterplatte 25 galvanisch veredelt ist. Die in 7d gezeigte Folie 31 kann als Polyesterfolie mit Kontaktflächen ausgestaltet sein, wobei ein erhabener Ring als Ringkontaktierung beispielsweise Masse kontaktiert. Die Fläche kontaktiert bei Druck.
Bei einer anderen Ausgestaltung des Schalters 1 nach 8a und 8b sind die Drehstellungen als Raststellungen 27 ausgebildet, in denen gleichzeitig in der Art eines ”Knackfrosches” ausgestaltete Schaltelemente 6 betätigbar sind. Bevorzugterweise sind die Raststellungen 27 in zwei Gruppen mit unterschiedlicher Rastung angeordnet, beispielsweise eine Gruppe mit grober Rastung 32 zur Schnellverstellung des Betätigungsorgans 2, vorliegend ein 36° Schritt, und eine Gruppe mit feiner Rastung 33 zur Feineinstellung des Betätigungsorgans 2, vorliegend ein 18° Schritt, wie schematisch in 9a und 9c gezeigt ist. Der Schalter 1 ist variabel zwischen diesen beiden Gruppen 32, 33 von Raststellungen 27 umschaltbar, und zwar mittels einer mechanischen Steuerung der beiden Rastkurven gemäß 9b und 9d. Weiter ist in 10a und 10b schematisch die Realisierung variabler Anschläge für die Raststellungen 27 bei der Drehung gezeigt. Hierzu kann ein Nocken durch Federkraft in senkrechter Lage gehalten werden. Die Blockierung erfolgt in einem beliebigen Loch mit freier Rückdrehung trotz Blockierstellung. Wie anhand der 10a zu erkennen ist, ist die Drehung gemäß dem Rechtspfeil blockiert. Die Rückdrehung ist hingegen gemäß dem Linkspfeil in 10a frei beweglich. Bei außerhalb des Loches befindlichem Nocken gemäß 10b ist freie Beweglichkeit in beiden Drehrichtungen entsprechend dem Doppelpfeil gegeben. Der Zeitpunkt der Blockade kann durch ein Menü bestimmt werden.
Der Schalter 1 kann auch mit einer Beleuchtung versehen sein. Beispielsweise sind zur Ausleuchtung auf der Leiterplatte 25 vier LEDs 50 vorgesehen, wie in 6b zu sehen ist. Die als mechanische Kupplungselemente zwischen dem Betätigungsorgan 2 und den jeweiligen Schaltelementen 6 wirkenden Verschwenkmittel 3, Drehmittel 4 und Verschiebemittel 5 sind derart gestaltet, daß ein Freiraum das Licht nach oben zum Betätigungsorgan 2 freigibt.
Bei einer anderen Ausführung eines elektrischen Schalters 1, die in 11 und 12 zu sehen ist, wirkt das Betätigungsorgan 2 ebenfalls mit Verschwenkmitteln 3 derart zusammen, daß das Betätigungsorgan 2 in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist. Am verschwenkbaren Betätigungsorgan 2 ist darüberhinaus ein zusätzliches Drehelement 28 als Drehmittel 4 angeordnet, das insbesondere in der Art eines Rändelrades ausgestaltet ist. Das Drehelement 28 ist drehbeweglich und zusätzlich zur Drehbewegung verschiebbar als Verschiebemittel 5 ausgestaltet. Vor allem ist eine Verschiebung in etwa senkrecht zur Oberfläche des Betätigungsorgans 2 ermöglicht. Die Verschiebung kann als Enter-Funktion durch Drücken des Drehelementes 28, beispielsweise als Eingabe bei einer Bildschirmsteuerung, die durch Schwenken des Betätigungsorgans 2 sowie Drehen des Drehelementes 28 erfolgt, genutzt werden.
So läßt sich ein derartiger Mehrfunktionsschalter auch für Autoradios und/oder für Steuergeräte oder Displays in Kraftfahrzeugen verwenden. Neben Kraftfahrzeuganwendungen kann ein derartiger Mehrfunktionsschalter auch als Eingabemittel für Computer, Werkzeugmaschinen oder Haushaltsgeräte eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: elektrischer Schalter
2: Betätigungsorgan
3: Verschwenkmittel
3': Richtung (Verschwenken)
4: Drehmittel
4': Richtung (Drehen)
5: Verschiebemittel
5': Richtung (Verschieben)
6: Schaltelement
7: Halterung
8: Kugelgelenk
9: Tellerscheibe
10: Ansatz (an Halterung)
11: Druckfeder
12: Kugel (in Halterung)
13: Führungsstück
14: Mitnahmering (an Kupplungskorb)
15: Kupplungskorb
16: Rast- und/oder Schnapphaken (an Betätigungsorgan)
17: Öffnung (an Betätigungsorgan)
18: Stopfen
19: Leiterplattensockel
20: Drehteller
21: Kugel (im Sockelteil)
22: Rückdruckfeder (an Halteelement)
23: Kontaktscheibe
24: Betätigungsscheibe
25: Leiterplatte
26: Sockelteil
27: Raststellung
28: Drehelement
29: Loch (für Raststellung)
30: Leiterbahn
31: Folie
32: grobe Rastung
33: feine Rastung
40: Halteelement
41: Aufnahme (an Halterung)
42: Teller (am Führungsstück)
43: Mitnehmer (am Betätigungsorgan)
44: Ausnehmung (am Kupplungskorb)
45: Feder (für Kugel im Sockelteil)
46: Gabellichtschranke
47: Blende (an Drehteller)
48: Kugelpfanne
50: LED

Claims

Elektrischer Schalter (1) in der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters mit einem Betätigungsorgan (2), wobei das Betätigungsorgan (2) mit Verschwenkmitteln (3) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan (2) in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist, wobei das Betätigungsorgan (2) mit Verschiebemitteln (5) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan (2) um wenigstens eine Strecke aus einer Nullstellung in eine Verschiebestellung linear bewegbar ist, wobei die Schwenkstellung sowie die Verschiebestellung jeweils als Schaltstellung ausgebildet ist, derart daß das Betätigungsorgan (2) in der Schaltstellung auf ein Schaltelement (6) schaltend einwirkt, wobei die Verschwenkmittel (3) aus einem Führungsstück (13) und einem in der Nähe des einen Ende des Führungsstücks (13) befindlichen Kugelgelenk (8) bestehen, wobei das Betätigungsorgan (2) mittels eines in der Art eines Zapfens ausgestalteten Halteelements (40) am Führungsstück (13) angeordnet ist, und wobei das Halteelement (40) mittels einer Rückdruckfeder (22) in dem Führungsstück (13) für die Verschiebebewegung des Betätigungsorgans (2) linear beweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenk (8) in einer Aufnahme (41) an einer Halterung (7) gelagert ist, die Bestandteil des feststehenden, zentrierenden Mittelteils des Schalters (1) ist, wobei an dem einen an dem Kugelgelenk (8) angeordneten Ende des Führungsstücks (13) eine mit dem Führungsstück (13) bewegliche Tellerscheibe (9) angeordnet ist, wobei die Halterung (7) mittels eines Ansatzes (10) in eine Führungskurve der Tellerscheibe (9) eingreift, und wobei die Tellerscheibe (9) in der Schwenkstellung über eine Betätigungsscheibe (24) auf das jeweilige Schaltelement (6) schaltend einwirkt.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenk (8) durch einen Klemmring in der Aufnahme (41) fixiert ist, und daß die Führungskurve mit einer zusätzlichen Haptik versehen ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halterung (7) wenigstens eine mit einer Druckfeder (11) beaufschlagte Kugel (12) gelagert ist, daß an dem anderen, dem Kugelgelenk (8) gegenüberliegenden Ende des Führungsstücks (13) ein Teller (42) befindlich ist, und daß der Teller (42) auf der wenigstens einen Kugel (12) derart beweglich gelagert ist, daß bei Verschwenkung des Betätigungsorgans (2) eine Rückstellkraft auf das Führungsstück (13) ausgeübt wird.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (2) mittels zusätzlicher Rast- und/oder Schnapphaken (16) am Führungsstück (13) linear beweglich befestigt ist, wobei die Rast- und/oder Schnapphaken (16) um eine in etwa mittige Öffnung (17) im Inneren des hohlen Betätigungsorgans (2) angebracht sind, und wobei die Öffnung (17) an der Außenseite des Betätigungsorgans (2) mittels eines Stopfens (18) verschließbar ist.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (2) mit Drehmitteln (4) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan (2) um wenigstens einen Winkel aus einer Ausgangsstellung in eine Drehstellung verdrehbar ist, wobei die Drehstellung als Schaltstellung ausgebildet ist, daß die Drehmittel (4) aus einem Drehteller (20) sowie einem die Halterung (7) übergreifenden Kupplungskorb (15) bestehen, der sowohl mit dem Drehteller (20) als auch mit dem Betätigungsorgan (2) in Wirkverbindung bringbar ist, und daß die Drehbewegung des Betätigungsorgans (2) auf den Kupplungskorb (15) durch am Betätigungsorgan (2) befindliche, in Ausnehmungen (44) am Kupplungskorb (15) eingreifende Mitnehmer (43) übertragbar ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller (20) mittels wenigstens einer Kugel (21) auf einem Sockelteil (26) drehbar gelagert ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller (20) in der Drehstellung mittels einer Blende (47) auf eine Gabellichtschranke (46) schaltend einwirkt.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebemittel (5) aus dem Halteelement (40), einer am Halteelement (40) befindlichen Kugelpfanne (48), dem Kupplungskorb (15) sowie dem Drehteller (20) bestehen, daß bei einer Verschiebebewegung des Betätigungsorgans (2) die Kugelpfanne (48) den Kupplungskorb (15) mitsamt dem Drehteller (20) verschiebend bewegt, und daß der Drehteller (20) in der Verschiebestellung auf das jeweilige Schaltelement (6) schaltend einwirkt.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebebewegung sowohl in der Schwenk- als auch in der Ausgangsstellung sowie in der Drehstellung ermöglicht ist, und daß die Drehbewegung in der Schwenkstellung gesperrt ist.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) als eine Schaltfolie, als eine Metall-Kontaktscheibe (23) oder als eine Lichtschranke (46) ausgestaltet ist.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) auf einer Leiterplatte (25) angeordnet ist, daß die Leiterplatte (25) in etwa im Mittelbereich des Schalters (1) zwischen dem Kupplungskorb (15) und dem Drehteller (20) befindlich ist, und daß ein den Drehteller (20) in etwa zentrisch durchgreifender Leiterplattensockel (19) auf dem Sockelteil (26) zur Fixierung der Leiterplatte (25) angeordnet ist.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstellung als Raststellung ausgebildet ist, wobei zwei Gruppen mit unterschiedlicher Rastung (32, 33) derart angeordnet sind, daß der Schalter (1) variabel zwischen den beiden Gruppen (32, 33) umschaltbar ist.