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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Codierer-Schalter-Anordnungen, z. B. elektromechanische
Rolltastenanordnungen, die ein Codiererteil und einen Aktorschalter
aufweisen. Das Codiererteil kann nach magnetischen, optischen und/oder
elektromechanischen Prinzipien arbeiten und kann ein oder mehrere
elektrische Ausgangssignale bereitstellen, die die momentane Winkelpositionsänderung
einer Drehrolle oder eines Abstimmrads des Codiererteils der Codierer-Schalter-Anordnung
anzeigen.
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Die
erfindungsgemäßen Codierer-Schalter-Anordnungen
sind besonders gut zur Verwendung in Mobiltelefonen oder allgemein
in jeder Art von elektronischen Geräten geeignet, die aus den sehr
kleinen Außenmaßen und
dem einfachen Aufbau der Codierer-Schalter-Anordnungen Nutzen ziehen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Elektromechanische
Rolltastenanordnungen können
verwendet werden, digitale Steuersignale als Reaktion auf eine Drehung
einer Rolle oder eines Abstimmknopfs zu erzeugen und ein Aktorschaltersignal
als Reaktion auf ein Drücken
darauf zu generieren. Solche Rollen sind z. B. aus Mobiltelefonen
bekannt. Die
EP-A-0901262 beschreibt ein Mobiltelefon mit
einer Rolltaste. Hier ist die Rolle in einem Rahmen drehbar angeordnet.
Beim Herabdrücken
der Rolle zur Erzeugung eines Aktorschaltersignals wird der gesamte
Rahmen zu einem Mikroschalter verschoben, was ein Ausgangssignal
ergibt. Eine kleine Feder sorgt für eine Vorspannkraft gegen
das Herabdrücken
des Rahmens.
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Die
mechanischen Aufbauten dieser bekannten Vorrichtungen haben bestimmte
Nachteile infolge einer großen
Anzahl beweglicher und feststehender Miniaturteile, zu denen oft
ein winziges Rastfederelement gehört. Diese große Anzahl
separater Teile erfordert ein recht komplexes und arbeitsintensives Montageverfahren,
um zu gewährleisten,
daß alle
Teile sorgfältig
zueinander ausgerichtet sind.
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Folglich
besteht Bedarf an einer Codierer-Schalter-Anordnung mit vereinfachtem
Aufbau und weniger Teilen im Vergleich zu bekannten Anordnungen,
um das Montageverfahren zu vereinfachen, die Montagezeit zu verkürzen und
so die Kosten der Integration solcher Codierer-Schalter-Anordnungen in
heutige Mobiltelefone und ähnliche
kompakte elektronische Geräte
zu senken.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektromechanische Rolltastenanordnung
mit einfachem und robustem Aufbau bereitzustellen. Die Anordnung
kann in ein elektronisches Gerät
integriert sein und digitale Steuersignale als Reaktion auf die momentane
Winkelpositionsänderung
einer vom Benutzer betätigten
Rolle erzeugen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektromechanische
Rolltastenanordnung bereitzustellen, die zur Herstellung mit sehr
kleinen Außenmaßen geeignet
ist. Eine solche Miniaturisierung ist eine Schlüsselforderung für Anwendungen
z. B. in Hörgeräten, kompakten
Mobiltelefonen, Funkrufempfängern,
medizinischen Abgabevorrichtungen und ähnlichen Hand- oder am Körper getragenen Vorrichtungen
usw.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektromechanische
Rolltastenanordnung bereitzustellen, die weniger und einfachere
mechanische Teile im Vergleich zu bekannten Rolltastenanordnungen
aufweist, was diese elektromechanische Rolltastenanordnung zur vereinfachten
und automatisierten Fabrikmontage geeignet macht.
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In
einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Codierer-Schalter-Anordnung
mit
einem ersten Element, wobei das erste Element durch einen
Rahmen abgestützt
und in Relation zum Rahmen drehbar angeordnet ist, der Rahmen ein erstes
Teil und ein zweites Teil hat, wobei das erste Teil geeignet ist,
das erste Element abzustützen,
und relativ zum zweiten Teil verschiebbar ist, um das erste Element
in Relation zum zweiten Teil aus einer An fangsposition in eine verschobene
Position verschiebbar zu machen,
einem Codierelement, das einen
Eingriff mit dem ersten Element so herstellt, daß es dreht, wenn das erste
Element dreht,
einer Einrichtung zum Rückführen des ersten Elements aus
der verschobenen Position in die Anfangsposition,
einer Einrichtung
zum Detektieren der Drehung des Co-dierelements in Relation zum Rahmen,
und
einer Schalteinrichtung zum Anzeigen, wenn sich das erste
Element in der verschobenen Position befindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die
Rückführeinrichtung
aus einem plattenförmigen
elastischen Material hergestellt und durch den Rahmen gebildet ist.
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Somit
kann eine erfindungsgemäße Rolltastenanordnung
mit einem Codierelement versehen sein, das durch unterschiedliche
Erfassungsprinzipien arbeitet, z. B. elektromechanische, optische,
induktive, kapazitive Prinzipien usw.
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Der
Rahmen kann in einem plattenförmigen elastischen
Material vorgesehen sein, z. B. einem metallischen Material mit
geeigneter Dicke. Das erste Teil und das zweite Teil des Rahmens
können
durch eine oder mehrere Kerben getrennt sein, um Bereiche mit höherer Elastizität im Vergleich
zu Bereichen des Rahmens vorzusehen, die an die eine oder die mehreren
Kerben anstoßen.
Durch Befestigen des zweiten Teils an einem Gehäuse. einer Vorrichtung fungiert
der Rahmen als Torsionsstabbauelement, wenn ein Benutzer auf das
erste Element drückt,
um die Schalteinrichtung zu aktivieren. Folglich sieht der Rahmen
eine eingebaute Rastfederfunktionalität vor.
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Die
Schalteinrichtung kann geeignet sein, die verschobene Position des
ersten Elements durch Bildung einer elektrischen Verbindung zwischen
einem Vorsprung des ersten Teils des Rahmens und einem elektrischen
Leiter oder Anschlußfleck
bzw. einer Insel anzuzeigen, der relativ zum zweiten Teil des Rahmens
und/oder relativ zum Außengehäuse oder zur
Außenhülle oder
zum Außenrahmen
auf feste Weise positioniert ist. Dies hat den Vorteil, daß sie ein viel
einfacheres Aktorschalter bauelement verglichen mit bekannten Membranschaltern
bereit stellt.
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Das
Codierelement kann in ein im wesentlichen zylinderförmiges erstes
Element durch Bilden eines Teils des Codier elements integriert
sein. Das Teil kann vorgesehen sein, indem zwischen 5 und 25 Vorsprünge entlang
einem im wesentlichen axial orientierten Oberflächenweg auf einer Endfläche des zylinderförmigen Elements
angeordnet sind.
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Eine
scheibenförmige
Metallplatte mit zwischen 5 und 25 Löchern mit Maßen, die
den Maßen der
Vorsprünge
entsprechen, kann auf die Endfläche des
ersten Elements so aufgepaßt
sein, daß es
eine kreisförmige
und ebene Codierscheibe bildet. Damit bilden die Vorsprünge eine
Anzahl nicht leitender Inseln auf der Codierscheibe, während die
Metallflächen
elektrisch leitende Inseln bilden. In dieser Konfiguration können die
intermittierend angeordneten leitenden und nicht leitenden Inseln
durch eine kreisförmige
Fläche
des Metallblechs miteinander verbunden sein. Die Inseln und die
kreisförmige
Fläche
können
durch eine Abtasteinrichtung in Kontakt gebracht werden, die ein
erstes, ein zweites und ein drittes Kontaktelement aufweist. Somit
bildet die kreisförmige
Fläche
einen leitenden Weg ohne das intermittierende Muster aus leitenden
und nicht leitenden Inseln und kann als elektrischer Kontaktweg
für das
dritte Kontaktelement bei Drehung der Scheibe verwendet werden.
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Jedes
der Kontaktelemente kann mit einem entsprechenden außen zugänglichen
Stift oder Anschluß elektrisch
verbunden sein. Die dem ersten und zweiten Kontaktelement zugeordneten
Stifte können
jeweils über
einen vorbestimmten Pull-up-Widerstand mit einer Spannungsversorgung verbunden
sein, die durch eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt ist,
in die der elektromechanische Codierer integriert ist. Das Fußteil oder
der Stift, der dem dritten Kontaktelement zugeordnet ist, kann direkt
mit einem Masseanschluß in
der Vorrichtung verbunden sein, so daß durch Drehen der Codiererscheibe
Kurzschlüsse
und offene Stromkreise zwischen dem ersten Stift und dem dritten
Stift und zwischen dem zweiten Stift und dem dritten Stift intermittierend
erzeugt werden. Folglich wird am ersten und zweiten Stift jeweils
eine Impulsfolge erzeugt, die eine Anzahl von Impulsen pro Umdrehung
der Codierscheibe proportional zur Anzahl leitender Inseln aufweist,
die auf der Codierscheibe angeordnet sind.
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Das
drehbar angeordnete zylinderförmige erste
Element kann als vom Benutzer betätigte Rolle fungieren. Die
Rolle kann Riffelnuten aufweisen, die entlang einem im wesentlichen
axial orientierten Oberflächenweg
auf dem Ende des zylinderförmigen Elements
angeordnet sind, das zu dem Ende entgegengesetzt ist, das die Codierscheibe
aufweist. Die Nuten können
mit einem Federelement in Kontakt stehen, das im Rahmen gebildet
ist und eine Vorspannkraft gegen die Riffelnuten bereitstellt, wodurch ein
die Rolle betätigender
Benutzer eine fühlbare
Betätigung
hat, die den Benutzer beim Bestimmen der Winkeldrehung der Rolle
unterstützt.
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In
einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Codierer-Schalter-Anordnung
mit
einem Rahmen,
einem ersten Element, das durch den
Rahmen abgestützt
und in Relation zum Rahmen drehbar angeordnet ist, und wobei das
erste Element in Relation zum Rahmen in einer ersten Ebene drehbar
ist,
einem elastischen Element zum Rückführen des ersten Elements aus
der verschobenen Position in die Anfangsposition,
einer Schalteinrichtung
zum Anzeigen, wenn sich das erste Element in der verschobenen Position
befindet,
einem Codierelement, das geeignet ist zu drehen, wenn
das erste Element dreht, und
einer Einrichtung zum Detektieren
der Drehung des Codierelements in Relation zum Rahmen,
wobei
die Codierer-Schalter-Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß
das
erste Element in Relation zum Rahmen zwischen einer Anfangsposition
und einer verschobenen Position verschiebbar ist,
mit einer
zusammenwirkenden Einrichtung zum Übertragen einer Drehung des
ersten Elements zum Codierelement.
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Die Übertragungseinrichtung
kann eine im wesentlichen starre Welle aufweisen, wobei ein erstes
Ende der im wesentlichen starren Welle mit dem ersten Element so
verbunden ist, daß die
Welle in Relation zum ersten Element in einer Ebene drehbar ist,
die nicht parallel zur ersten Ebene ist, und ein zweites Ende der
im wesentlichen starren Welle mit dem Codierelement so verbunden
ist, daß die
Welle in Relation zum ersten Element in einer Ebene drehbar ist,
die nicht parallel zur ersten Ebene ist.
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Ein
Teil der Welle am ersten Ende kann eine vorbestimmte geometrische
Form haben. Das erste Element kann eine entsprechende umgekehrte
geometrische Form haben, die geeignet ist, einen Teil der Welle
so aufzunehmen und zu ergreifen, daß eine Drehung des ersten Elements
vom ersten Element auf die Welle übertragen wird, wenn das erste
Element in der ersten Ebene gedreht wird.
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Die
Maße der
entsprechenden umgekehrten geometrischen Form des ersten Elements
können größer als
die entsprechenden Außenmaße der vorbestimmten
geometrischen Form der Welle sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
erfindungsgemäßer elektromechanischer
Rolltastenanordnungen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine Querschnittansicht
und zwei Perspektivansichten einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromechanischen
Rolltastenanordnung,
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2 eine Querschnittansicht
der zusammengebauten elektromechanischen Rolltastenanordnung von 1,
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3 vier unterschiedliche
Perspektivansichten verschiedener Elemente einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen elektromechanischen
Rolltastenanordnung,
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4 einen Metallrahmen, der
Teil der elektromechanischen Rolltastenanordnung von 3 bildet, und
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5 einen exemplarischen elektromechanischen
Codierer mit einem geeigneten scheibenförmigen Codierelement zur Verwendung
in der elektromechanischen Rolltastenanordnung von 3.
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NÄHERE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt verschiedene Ansichten
einer elektromechanischen Rolltastenanordnung gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Eine aus Kunststoff geformte zylindrische Rolle 101 ist
drehbar in einem Stützrahmen 102 angeordnet.
Eine Rastfeder 103 ist auch am Rahmen angeordnet und ferner
an der Rolle auf eine Weise befestigt oder an sie anstoßend, die
der Rolle ermöglicht, in
eine Ruheposition zurückzukehren,
nachdem sie senkrecht, herabgedrückt
wurde, um einen Membranschalter 104 zu aktivieren, der
unter der Rolle z. B. auf einer Leiterplatte 105 positioniert
sein kann. Die Drehung der Rolle wird zu einem in einem Codiermodul 106 untergebrachten
Codierelement 201 (2)
mit Hilfe einer Welle 107 übertragen, die für eine relativ
starre Verbindung zwischen der Rolle und dem Codierelement sorgt.
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2 zeigt, daß ein vorbestimmtes
Spiel an beiden Enden der Welle 107 vorgesehen ist, und
dieses Spiel sorgt für
einen Mechanismus, der es der Rolle 101 ermöglicht,
sich senkrecht (in der durch Pfeil 200 dargestellten Richtung
zu bewegen), ohne eine solche senkrechte Bewegung auf das Codiermodul 106 zu übertragen.
Folglich können
das Codiermodul 106 und der Rahmen 102 an derselben Leiterplatte 105 wie
der Membranschalter 104 durch direktes Verlöten der
drei Fußteile
von Kontaktelementen 108 (1)
mit entsprechenden auf der Leiterplatte 105 angeordneten
Lötinseln
befestigt sein. Somit erfordert diese Ausführungsform der Erfindung keine
flexiblen Verbindungsdrähte
oder äquivalente flexible
Verbindungseinrichtungen, um elektrische Signale vom Codiermodul 106 zu
einem auf der Leiterplatte 105 angeordneten Detektionsschaltungsaufbau
zu übertragen.
Vorzugsweise weist die elektromechanische Rolltastenanordnung auch
einen O-Ring 109 (1)
auf, der zwischen dem Rahmen 102 und dem Codierelement 201 positioniert
ist, um das Codiermodul 106 und das Codierelement 201 gegen
Feuchtigkeit und andere äußere Verunreinigung
abzudichten.
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3 zeigt verschiedene Bauelemente
einer elektromechanischen Rolltastenanordnung gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. In Perspektivansicht ist auch eine zusammengebaute
Rolltastenanordnung 350 dargestellt. Eine aus Kunststoff
geformte zylindrische Rolle 101 ist in einem Metallrahmen 320 drehbar
angeordnet. Eine erste Endfläche
der Rolle 101 enthält
eine Riffelnut, die geeignet ist, einen im Metallrahmen 320 gebildeten
Rastfedervorsprung 325 zu kontaktieren, wenn die Rolle 101 im
Rahmen 320 angeordnet ist. Ein scheibenförmiges Codierelement
ist in einem zweiten Ende der Rolle 101 durch Pressen und
Ausrichten einer Anzahl von Löchern
in einer Metallscheibe 300 zu einer Anzahl entsprechender
Vorsprünge
gebildet, die im zweiten Ende der Rolle geformt sind. Die Löcher und
Vorsprünge
können
entlang einem im wesentlichen axial orientierten Oberflächenweg
relativ zu einer Drehachse des Codierelements angeordnet sein. Somit
kann das zweite Ende des Elements eine Codierscheibe mit einer Anzahl
intermittierend angeordneter leitender und nicht leitender Inseln
bilden. Durch Bilden der Vorsprünge auf
der Rolle 101 mit im wesentlichen der gleichen Höhe wie die
Dicke der Metallscheibe 300 kann eine ebene Oberfläche des
Codierelements vorgesehen sein und von einer Abtasteinrichtung kontaktiert
werden, die ein erstes, ein zweites und ein drittes Kontaktelement 335, 336 bzw. 340 aufweist.
Das dritte Kontaktelement 336 ist im Metallrahmen 320 gebildet und
dadurch mit ihm elektrisch verbunden. So wird bei Drehung des Codierelements
ein elektrischer Kontakt vom ersten und zweiten Kontaktelement 335 bzw. 340 zu
dem mindestens einen dritten Kontaktelement intermittierend hergestellt,
und zwei Impulsfolgen mit unterschiedlicher Phase zueinander können an
den Fußteilen
des ersten und zweiten Kontaktelements bereitgestellt werden, indem
jedes der Fußteile
des ersten und zweiten Kontaktelements über Pull-up-Widerstände mit
einer geeigneten Spannungsversorgung verbunden ist.
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Vorzugsweise
ist der Metallrahmen 320 in einem einzelnen Stück aus plattenförmigem Material gemäß 4 hergestellt. Unterteilt
ist der Metallrahmen 320 in ein erstes Teil (403 und 404),
das geeignet ist, die Rolle an ihren Endflächen abzustützen, und ein zweites Teil 322,
das starr in einer Hülle
oder einem Gehäuse
einer Vorrichtung (nicht gezeigt) angeord net sein kann, in das die
Rolltastenanordnung zu integrieren ist.
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Durch
Bereitstellen zweier Kerben 400 und 401 in 4 im Metallrahmen 320 ist
das erste Teil (403 und 404) in Relation zum zweiten
Teil 322 verschiebbar. Ist also das zweite Teil 322 in
einem Vorrichtungsgehäuse
starr angeordnet und wird eine Kraft auf die Rolle ausgeübt, wird
das erste Teil (und die das Codierelement haltende Rolle) aus einer
Ruhe- oder Anfangsposition
in eine aktivierte Position verschoben und eine Torsionsfederkraft
wird im ersten Teil erzeugt, um die Rolle in ihre Ruheposition zurückzuführen, wenn
die ausgeübte
Kraft wegfällt.
Somit fungiert der Rahmen selbst als Rastfeder, so daß kein separates
Federbauelement notwendig ist. Ein weiterer Vorteil des Metallrahmens
ist, daß er
ferner als Entkopplungselement elektrostatischer Ladung wirken kann,
die sich auf der Rolle aufbauen kann.
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Die
Verschiebung des ersten Teils kann einen Aktorkontakt 330,
der in das erste Teil des Metallrahmens 320 integriert
ist, in elektrischen Kontakt mit einer elektrisch leitenden Insel
bringen, die z. B. auf einer Leiterplatte angeordnet und unter dem
Aktorkontakt 330 positioniert ist. Dadurch ist ein Aktorschalterbauelement
zusammen mit der elektromechanischen Rolltastenanordnung 350 integriert,
und dieses Schalterbauelement kann zweipeglige Schaltsignale zu
einer Detektionsschaltung als Reaktion auf das Herabdrücken und
Loslassen der Rolle durch einen Benutzer führen.
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Vorzugsweise
sind das erste und zweite Kontaktelement 335 und 340 als
integrierter Teil des Metallrahmens 320 vorgesehen. Unter
Nutzung eines Einsatzformgebungsverfahrens sind zwei Kunststofflagerbauelemente 341 und
342 am ersten Teil des Metallrahmens befestigt. Das erste und zweite Kontaktelement 335 und 340 müssen mechanisch und
elektrisch voneinander und vom Metallrahmen 320 vor oder
nach dem Einsatzformgebungsverfahren getrennt werden, um drei elektrisch
getrennte Kontaktelemente bereitzustellen. Die Kunststofflagerbauelemente
dienen dazu, die Rolle auf genaue vorbestimmte und drehbare Weise
relativ zum Metallrahmen 320 und zum ersten, zweiten und
dritten Kontaktelement anzuordnen.
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Eine
mechanische Verbindung in Form einer Querstange oder Welle kann
zwischen den Elementen 403, 404 (4) des Metallrahmens zugefügt werden,
nachdem er an den gekennzeichneten Bereichen in eine U-Form gemäß 3 gebogen wurde, um so für einen
Rahmen mit verbesserter mechanischer Stabilität zu sorgen.
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5 ist eine Perspektivansicht
einer Anzahl separater Bauelemente, die zu einer exemplarischen
elektromechanischen Codierereinheit gehören. Ein Element 502,
das ein erstes Teil der Codierereinheit bildet, ist als Einzelteil
vorgesehen, das in einem thermoplastischen Material mit oder ohne
Verstärkung
geformt ist. Das Element 502 legt auch die Positionen der
nicht leitenden Inseln (Vorsprünge) 503 der
Codierereinheit mit Hilfe von zwölf
keilförmigen
Vorsprüngen
fest, die entlang einem im wesentlichen axial orientierten Weg relativ
zu einer Drehachse der Scheibe angeordnet sind. Ein leitendes Element 504,
das als kreisförmige
Scheibe mit einer mittig angeordneten kreisförmigen Öffnung 506 vorgesehen
ist, bildet ein zweites Teil der Codierereinheit. Dieses Element 504 weist
eine Anzahl keilförmiger Öffnungen 505 auf,
die geeignet sind, sich auf die entsprechenden Vorsprünge 503 aufzupassen,
die im Element 502 vorgesehen sind. Das Element 504 kann
durch unterschiedliche Herstellungsverfahren bereitgestellt sein,
z. B. durch Einsatzformen oder durch Abscheiden einer Schicht aus
leitendem Material im bevorzugten Muster auf dem thermoplastischen
Element 502. Somit sind die Inseln als kreisförmige Meßskala zwischen
zwei Radialgrenzen angeordnet, die relativ nahe am Umfang der Codierscheibe
positioniert sind, und die kreisförmige Fläche kann innerhalb oder außerhalb
der kreisförmigen
Meßskala
positioniert sein. Dadurch verbleibt eine kreisförmige Fläche oder ein kreisförmiger Weg
ohne das intermittierende Inselmuster, so daß dieser Weg als Kontaktweg
für das
dritte Kontaktelement bei Drehung der Scheibe verwendet werden kann.
Die kreisförmige Öffnung 506 ist
geeignet, das Endteil einer Welle 107 aufzunehmen, die
von einem Benutzer betätigt werden
kann. Ein vorderes und hinteres Gehäuseteil 500 und 513 sind
jeweils mit einer Kontakteinrichtung 512 versehen, die
für Einrastmontage
der Ge häuseteile
sorgt. Ferner ist eine Innenfläche
im hinteren Teil 513 mit einem Vorsprung versehen, der
an jedes der mindestens drei Kontaktelemente anstößt, um für einen
Kontakt oder eine Vorspannkraft zwischen den Kontaktelementen und
der Codierscheibe zu sorgen.
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Ein
erster elektrisch leitender Anschluß oder ein Fußteil 507 weist
das zweite Kontaktelement (nicht gezeigt) und einen entsprechenden
außen
zugänglichen
Stift 510 auf. Vorzugsweise sind Anschlüsse 507, 508 und 509 in
einem lötfähigen Material
und/oder korrosionsbeständigen
Material vorgesehen, z. B. Kupfer, Silber, vergoldeter Stahl, Palladium-Nickel-, Gold-Platin-,
Gold-Nickel-Legierungen usw. Auch die Anschlüsse 508 und 509 sind
jeweils mit Kontaktelementen (nicht gezeigt) und einem außen zugänglichen
Anschluß versehen.