DE19630810A1 - Bedienvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung zur manuel­ len Eingabe von Informationen in Geräte mit einem durch eine Betätigungskraft auf ein Betätigungselement ver­ stellbaren Stellglied, dessen Stellung von einem Wandler in elektrische Signale umsetzbar ist, mit einem Hemmele­ ment, welches in Abhängigkeit von Steuersignalen zur Aus­ übung einer Kraft auf das Betätigungselement ausgebildet ist und mit einem elektronischen, Signale des Wandlers zu Steuersignalen des Hemmelementes zuordnenden Speicher.

Solche Bedienvorrichtungen werden zur Eingabe von analo­ gen Größen in elektronischen Geräten vielfach eingesetzt und sind damit bekannt. Das Hemmelement hat einen Elek­ tromotor zur Erzeugung der auf das Betätigungselement wirkenden Kraft. Diese Kraft dient einer sogenannten hap­ tischen Rückmeldung an den Bediener der Bedienvorrichtung und hängt von den vom Wandler erzeugten, die Stellung des Stellgliedes kennzeichnenden elektrischen Signalen ab. Der Speicher enthält eine Tabelle, in der die Signale des Wandlers den Steuersignalen des Hemmelementes zugeordnet sind und ist programmierbar, so daß beispielsweise eine Reibung, eine Rasterung oder ein Rückstellmoment an dem Bedienelement erzeugt werden kann. Der als Hemmelement eingesetzte Elektromotor vermag das Betätigungselement sogar in Richtung der Betätigungskraft zu beschleunigen, so daß das Betätigungselement bei einer entsprechenden Programmierung des Speichers zum Bedienen lediglich ange­ tippt werden muß. Hierdurch läßt sich eine einzige Be­ dienvorrichtung für vielfältige Anwendungsbereiche ein­ setzen.

Nachteilig bei der bekannten Bedienvorrichtung ist, daß zur Bedienung von verschiedenen Funktionen eines Gerätes entsprechend viele Bedienvorrichtungen eingesetzt werden müssen, die zusammen einen hohen Platzbedarf beanspru­ chen. Dieser Platzbedarf steigt proportional mit der An­ zahl der benötigten Bedienvorrichtungen an. Beispiels­ weise müßte zur Bedienung eines Radios jeweils eine Be­ dienvorrichtung für Lautstärke, Sender, Klang und dgl. vorgesehen sein. Ein mit mehreren Bedienvorrichtungen ausgestattetes Radio gestaltet sich jedoch sehr aufwendig und damit kostenintensiv.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Bedienvor­ richtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie für vielfältige Funktionen gleichzeitig einsetzbar und möglichst einfach aufgebaut ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Stellglieder zur Ansteuerung von mehreren Funktionen in einem einzigen Gerät oder von mehreren Geräten mit ih­ ren Betätigungsrichtungen im wesentlichen normal zueinan­ der angeordnet sind und ein gemeinsames Betätigungsele­ ment aufweisen.

Durch diese Gestaltung lassen sich manuelle Größen für unterschiedliche Funktionen eines einzigen Gerätes oder in mehreren Geräten mit nur einem einzigen Bedienelement eingeben. Beispielsweise kann bei einer für ein Radio vorgesehenen Bedienvorrichtung mit dem ersten Stellglied die Funktion wie Tonhöhe oder Sender ausgewählt und mit dem zweiten Stellglied die gewünschte analoge Größe ein­ gegeben werden.

Die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung könnte ein Hemm­ element für das eine Stellglied aufweisen, während das zweite Stellglied ohne Gegenkraft verstellt werden kann. Die Bedienvorrichtung eignet sich jedoch gemäß einer vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung als Standardbau­ teil für eine Vielzahl von Geräten, wenn die Stellglieder jeweils ein Hemmelement aufweisen. Wird keine Gegenkraft an einem Stellglied benötigt, kann das überflüssige Hemm­ element einfach abgeschaltet werden.

Die Bedienvorrichtung benötigt gemäß einer anderen vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders wenige Bauteile, wenn die Stellglieder ein gemeinsames Hemmele­ ment aufweisen.

Eine von dem Hemmelement auf das Betätigungselement aus­ zuübende Kraft läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaf­ ten Weiterbildung der Erfindung einfach auf den für die Bedienvorrichtung vorgesehenen Anwendungsfall programmie­ ren, wenn die Bedienvorrichtung einen elektronischen Speicher mit einer darin abgelegten Matrix hat, in wel­ cher Steuersignale für das Hemmelement oder die Hemmele­ mente den Signalen der Wandler zugeordnet sind.

Die Bedienvorrichtung könnte beispielsweise als Stell­ glieder zwei übereinander angeordnete Schiebepotentiome­ ter aufweisen, bei denen der obere Schiebepotentiometer auf einem Betätigungselement des unteren Schiebepotentio­ meters angeordnet ist. Hierdurch ließe sich das Betäti­ gungselement des oberen Schiebepotentiometers wie über eine Fläche schieben. Die Bedienvorrichtung gestaltet sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung besonders platzsparend, wenn das Betä­ tigungselement zum Drehen des ersten Stellgliedes und zum Verschieben des zweiten Stellgliedes quer zu der Dreh­ richtung des ersten Stellgliedes ausgebildet ist.

Die Bedienvorrichtung benötigt gemäß einer anderen vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung einfache, zum Dre­ hen ausgebildete Stellglieder, wenn sie als Betätigungs­ element ein auf einer Keilwelle drehfest und verschiebbar angeordnetes Stellrad hat und wenn das erste Stellglied mit der Keilwelle und das zweite Stellglied mit einer das Stellrad umgreifenden Gabel verbunden ist, welche auf ei­ nem von dem zweiten Stellglied gespannten Riemen befe­ stigt ist. Als Hemmelement eignet sich beispielsweise wie bei der bekannten Bedienvorrichtung ein Elektromotor.

Das Hemmelement benötigt gemäß einer anderen vorteilhaf­ ten Weiterbildung der Erfindung keinen kostenintensiven Elektromotor, wenn das Hemmelement ein in seiner Viskosi­ tät von einem magnetischen Feld veränderbares, in einem Spalt zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Bautei­ len angeordnetes magnetoviskoses Medium hat. Das magneto­ viskose Medium erzeugt in Abhängigkeit des angelegten ma­ gnetischen Feldes eine veränderliche Reibung zwischen den Reibelementen, die an dem Betätigungselement spürbar ist.

Das Hemmelement hat besonders geringe Abmessungen und be­ steht aus wenigen Bauteilen, wenn es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein in seiner Viskosität zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren, als Reibelemente ausgebildeten, elektrisch leitenden Bau­ teilen angeordnetes, von einem Gleich- oder Wechselfeld veränderbares elektroviskoses Medium hat. Solche elektro­ viskosen Medien weisen in Abhängigkeit von der Stärke des an den Elektroden angelegten elektrischen Feldes eine va­ riable Viskosität auf. Diese variable Viskosität erzeugt eine veränderliche Reibung zwischen den Elektroden, die an dem Betätigungselement spürbar ist.

Das Hemmelement benötigt zur Erzeugung der auf das Betä­ tigungselement auszuübenden Kraft keine hohen Ströme oder Spannungen, wenn es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein in seiner Viskosität durch Ultraschall veränderbares, in einem Spalt zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen angeordnetes akustoviskoses Medium hat.

Der zur Veränderung der Viskosität des akustoviskosen Me­ diums notwendige Ultraschall könnte beispielsweise von einer mittels einer Spule erregbaren Membran erzeugt wer­ den. Eine solche Membran benötigt jedoch einen hohen bau­ lichen Aufwand. Die Verwendung einer Membran läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er­ findung einfach dadurch vermeiden, daß der Ultraschall von einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Ele­ ment erzeugbar ist.

Eine Rasterung oder eine Reibung an dem Betätigungsele­ ment läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter­ bildung der Erfindung einfach erzeugen, wenn das Hemmele­ ment eine von einem piezoelektrischen oder magnetostrik­ tiven Element ansteuerbare Bremse hat.

Man hat einen schnellen Überblick über die die dem Betä­ tigungselement zugeordneten Funktionen und Geräte, wenn die Bedienvorrichtung ein Anzeigefeld zur Anzeige einer die der Bedienvorrichtung zugeordneten Funktionen und Ge­ räte darstellende Menü-Matrix hat.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Bedienvorrichtung mit einem zum Verschieben und Drehen ausgebilde­ ten Stellrad,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Bedienvorrichtung,

Fig. 3 + 4 verschiedene Ausführungsformen eines Hemmelementes.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bedienvorrichtung mit einem zum Betätigen zweier Stellglieder 1, 2 ausge­ bildeten, dreh- und verschiebbaren Stellrad 3. Die Stell­ glieder 1, 2 haben jeweils einen Wandler 4, 5 und ein als Elektromotor ausgebildetes Hemmelement 6, 7. Die Wandler 4, 5 und die Hemmelemente 6, 7 sind jeweils mit einem elektronischen Speicher 8, 9 verbunden. Der Wandler 4 des ersten Stellgliedes 1 erzeugt aus dem Drehwinkel des Stellrades 3 entsprechende elektrische Signale, während der Wandler 5 des zweiten Stellgliedes 2 elektrische Si­ gnale in Abhängigkeit von der Schiebeposition des Stell­ rades 3 erzeugt. Hierzu ist das Stellrad 3 auf einer Keilwelle 10 drehfest und verschiebbar angeordnet und wird von einer Gabel 11 umgriffen, die auf einem zwischen dem Wandler 5 und dem Hemmelement 7 des zweiten Stell­ gliedes 2 gespannten Riemen 12 befestigt ist. Bei den hier eingesetzten Wandlern 4, 5 kann es sich beispiels­ weise um Drehpotentiometer oder Inkrementalgeber handeln.

Die elektrischen Signale der Wandler 4, 5 dienen der ma­ nuellen Eingabe von analogen Größen in nicht dargestellte elektrische Geräte und zum Ansteuern der als Elektromoto­ ren ausgebildeten Hemmelemente 6, 7. In den elektroni­ schen Speichern 8, 9 ist jeweils eine Tabelle abgelegt, in der den Signalen der Wandler 4, 5 zugehörige Steuersi­ gnale der Hemmelemente 6, 7 abgelegt sind. Die Hemmele­ mente 6, 7 erzeugen damit auf das Stellrad 3 in Abhängig­ keit von dessen Drehwinkel bzw. dessen Position eine Kraft, die man beim Bedienen der Bedienvorrichtung spürt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Bedienvorrichtung ist ein Stellrad 36 dreh- und schiebefest auf einer Welle 13 angeordnet, die eine Dreh- bzw. eine Schiebebewegung auf zwei Stellglie­ der 14, 15 überträgt. Wie bei der in Fig. 1 dargestell­ ten Bedienvorrichtung haben die beiden Stellglieder 14, 15 jeweils einen Wandler 16, 17, der die Dreh- bzw. Schiebestellung des Stellrades 36 in elektronische Si­ gnale umwandelt. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 darge­ stellten Bedienvorrichtung weisen hier die Stellglieder 14, 15 ein gemeinsames Hemmelement 18 und einen gemeinsa­ men elektronischen Speicher 19 auf, in welchem eine Steu­ ersignale des Hemmelementes 18 den Signalen der Wandler 16, 17 zuordnenden Matrix abgelegt ist. Der Speicher 19 ist mit einem als LCD-Bildschirm ausgebildeten Anzeige­ feld 20 verbunden, welches in einer Menü-Matrix die aktu­ ellen Funktionen der Bedienvorrichtung anzeigt.

Das Hemmelement 18 hat einen Zylinder 21 und einen in diesem dreh- und verschiebbaren Kolben 22. Der Zylinder 21 und der Kolben 22 sind jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt. Die Innenwandung des Zy­ linders 21 und die Mantelfläche des Kolbens 22 begrenzen gemeinsam einen Spalt 23, in dem sich ein elektroviskoses Medium 24 befindet. Durch Anlegen eines elektrischen Gleich- oder Wechselfeldes an dem Kolben 22 und dem Zy­ linder 21 läßt sich die Viskosität des elektroviskosen Mediums 24 verändern. Eine Erhöhung der Viskosität des Mediums 24 hat zur Folge, daß sich das Stellrad 36 schwe­ rer bewegen läßt. Zur Unterstützung der Reibung können die Mantelfläche und die Innenwandung nicht dargestellte Rillen oder eine Rauhigkeit aufweisen.

Die Fig. 3 zeigt ein Hemmelement 25 in einer Schnittdar­ stellung, bei dem eine Kammer 26 mit einem magnetovisko­ sen Medium 27 gefüllt ist, welches seine Viskosität in Abhängigkeit eines von einer Spule 28 erzeugten Magnet­ feldes verändert. In der Kammer 26 ist ein auf einer Welle 29 befestigtes, scheibenförmiges Reibelement 30 an­ geordnet. Das Hemmelement 25 setzt einer Drehbewegung des Reibelementes 30 und damit der Welle 29 eine von der Vis­ kosität des magnetoviskosen Mediums 27 abhängige Kraft entgegen. Dieses Hemmelement 25 könnte beispielsweise in der in Fig. 1 dargestellten Bedienvorrichtung anstelle der als Elektromotoren ausgebildeten Hemmelemente 6, 7 eingesetzt werden.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Hemmelementes 31, bei dem ein Reibelement 32 auf einem magnetostriktiven Element 33 angeordnet ist. Dieses Reib­ element 32 bildet zusammen mit einer dreh- und verschieb­ baren Welle 34 eine Bremse 35. Nach einem Anlegen einer Spannung an dem magnetostriktiven Element 33 verändert dieses seine Form und drückt das Reibelement 32 gegen die Welle 34. Dieser Zustand ist in der Zeichnung strichpunk­ tiert eingezeichnet. Dieses Hemmelement 31 könnte bei­ spielsweise in der Bedienvorrichtung aus Fig. 2 anstelle des Hemmelementes 18 eingesetzt werden.

Claims (12)

1. Bedienvorrichtung zur manuellen Eingabe von Informa­ tionen in Geräte mit einem durch eine Betätigungskraft auf ein Betätigungselement verstellbaren Stellglied, des­ sen Stellung von einem Wandler in elektrische Signale um­ setzbar ist, mit einem Hemmelement, welches in Abhängig­ keit von Steuersignalen zur Ausübung einer Kraft auf das Betätigungselement ausgebildet ist, und mit einem elek­ tronischen, Signale des Wandlers zu Steuersignalen des Hemmelementes zuordnenden Speicher, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Stellglieder (1, 2, 14, 15) zur Ansteuerung von mehreren Funktionen in einem einzigen Gerät oder von mehreren Geräten mit ihren Betätigungsrichtungen im we­ sentlichen normal zueinander angeordnet sind und ein ge­ meinsames Betätigungselement (Stellrad 3, 36) aufweisen.

2. Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellglieder (1, 2) jeweils ein Hemm­ element (6, 7) aufweisen.

3. Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellglieder (14, 15) ein gemeinsames Hemmelement (18) aufweisen.

4. Bedienvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen elektronischen Speicher (19) mit einer darin abgelegten Matrix hat, in welcher Steuersignale für das Hemmelement (18) oder die Hemmeleinente (6, 7) den Signalen der Wand­ ler (4, 5, 16, 17) zugeordnet sind.

5. Bedienvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betäti­ gungselement (Stellrad 3, 36) zum Drehen des ersten Stellgliedes (1, 14) und zum Verschieben des zweiten Stellgliedes (2, 15) quer zu der Drehrichtung des ersten Stellgliedes (1, 14) ausgebildet ist.

6. Bedienvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Be­ tätigungselement ein auf einer Keilwelle (10) drehfest und verschiebbar angeordnetes Stellrad (3) hat und daß das erste Stellglied (1) mit der Keilwelle (10) und das zweite Stellglied (2) mit einer das Stellrad (3) umgrei­ fenden Gabel (11) verbunden ist, welche auf einem von dem zweiten Stellglied (2) gespannten Riemen (12) befestigt ist.

7. Bedienvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hemm­ element (25) ein in seiner Viskosität von einem magneti­ schen Feld veränderbares, in einem Spalt zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen (Kammer 26, Reib­ element 30) angeordnetes magnetoviskoses Medium (27) hat.

8. Bedienvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hemm­ element (18) ein in seiner Viskosität zwischen zwei rela­ tiv zueinander bewegbaren, als Reibelemente ausgebilde­ ten, elektrisch leitenden Bauteilen (Kolben 22, Zylinder 21) angeordnetes, von einem Gleich- oder Wechselfeld ver­ änderbares elektroviskoses Medium (24) hat.

9. Bedienvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hemm­ element (18) ein in seiner Viskosität durch Ultraschall veränderbares, in einem Spalt (23) zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen angeordnetes akustovisko­ ses Medium hat.

10. Bedienvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ultraschall von einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (33) erzeugbar ist.

11. Bedienvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hemm­ element (31) eine von einem piezoelektrischen oder magne­ tostriktiven Element (33) ansteuerbare Bremse (35) hat.

12. Bedienvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein An­ zeigefeld (20) zur Anzeige einer die der Bedienvorrich­ tung zugeordneten Funktionen und Geräte darstellende Menü-Matrix hat.