EP1715401B1 - Elektrischer Schalter - Google Patents

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EP1715401B1
EP1715401B1 EP06008080A EP06008080A EP1715401B1 EP 1715401 B1 EP1715401 B1 EP 1715401B1 EP 06008080 A EP06008080 A EP 06008080A EP 06008080 A EP06008080 A EP 06008080A EP 1715401 B1 EP1715401 B1 EP 1715401B1
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EP
European Patent Office
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rotary
pivoting
torque coupling
electric switch
actuating element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP06008080A
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English (en)
French (fr)
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EP1715401A1 (de
Inventor
Michael Bader
Stefan Omlin
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Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Marquardt GmbH filed Critical Marquardt GmbH
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    • G05G2009/0474—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks characterised by means converting mechanical movement into electric signals
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    • G05G2009/04766—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks providing feel, e.g. indexing means, means to create counterforce
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    • G05G2009/04781—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks with additional rotation of the controlling member

Definitions

  • the invention relates to an electrical switch according to the preamble of patent claim 1.
  • Electric switches formed in the manner of a joystick or cursor switch serve to input data for an electrical appliance by a user.
  • switches are used for car radios, navigation devices, on-board computers or for controlling other functions in motor vehicles.
  • an electrical switch can also be used as a multi-function switch for menu control of functions via a display in the motor vehicle.
  • Such an electrical switch is from the US-A-4,459,440 known and has a movable in a pivot plane mounted actuator which is adjustable in at least two directions.
  • the actuator is movable from a neutral position in a respective direction associated switching position by the user. In the switching position, the actuator acts on a switching element switching.
  • the known switch can thus be operated by pivoting.
  • this switch lacks further actuation possibilities, so that its functionality is insufficient for some applications.
  • An electrical switch with extended functionality is out of the DE 296 04 717 U1 known.
  • This switch has a cooperating with Verschwenkkarn actuator so that the actuator in two mutually perpendicular pivot planes each in two directions a neutral position in pivoting positions is pivotable.
  • the actuator can further cooperate with displacement means, so that the actuator is linearly movable by a distance from a zero position in a displacement position.
  • the actuator can still cooperate with rotating means such that the actuator is rotated by certain angle from an initial position in rotational positions.
  • the pivoting position, the displacement position and optionally the rotational position can according to the US-A-4,459,440 each be designed as a switching position, in which the actuating member acts on a switching element switching.
  • a joystick switch with an actuator located on an axis, in which the actuator is pivotable in two mutually perpendicular directions and rotatable by a certain angle.
  • the axle is mounted in a ball joint and cooperates for the pivoting movement with carriers in the manner of a universal joint.
  • the ball of the ball joint is rotatably mounted in a further carrier. The ball joint thus cooperates with the carrier as a kind of torque coupling for the pivoting and rotating movement.
  • a joystick switch is shown with a arranged on a shaft handle which is pivotable in the X and Y directions.
  • a pivoting means cooperating with the shaft universal joint is used.
  • the handle is rotatable about the Z-axis by the handle being rotatably mounted on the shaft.
  • the invention is based on the US 2003/0107502 A1 the object of developing the pivoting and optionally the rotating means and optionally the displacement means. Beyorzugtwe they should be designed such that the ergonomics is increased for the switch provided with high functionality, the switch should, however, in particular with a small space to make do.
  • the rotating means and the pivoting means cooperates via a torque coupling with the actuating member.
  • This interaction is such that the rotating means and the pivoting means, in particular their masses, are decoupled from each other.
  • the components for the rotational movement and vice versa during rotation, the components for the pivoting movement must therefore not be moved during pivoting, which improves the usability of the switch for the user.
  • the torque coupling consists of a leaf spring-like designed disc.
  • the actuator of the electrical switch may have an axis.
  • a handle is arranged on the side of the axle facing away from the torque coupling.
  • the actuator may comprise a rotary-pivot actuator, wherein the rotary-pivot actuator extends from the handle to the torque coupling and surrounds the axis.
  • the rotary-pivoting actuator is suitably on the one hand with the handle and on the other hand with the torque coupling in combination.
  • the rotary-pivot actuator is largely rigidly coupled via the torque coupling with the rotating means, which is configured for example as a rotary ring, for the associated switching element.
  • the rotary-pivoting actuator is elastically deflectable coupled via the torque coupling with the pivoting means for the associated switching element.
  • the pivoting means may comprise the universal joint, so that a pivoting in four mutually perpendicular directions in the manner of a wind rose is possible.
  • the rotary-pivot actuator acts on pivoting on the axis for actuating the pivoting means.
  • the disc for the torque coupling has an outer ring and an inner ring.
  • the inner ring is secured by means of webs on the outer ring, in such a way that the inner ring of the plane of the disc is pivotable and the outer ring in the plane of the disc is rotatable.
  • the torque coupling in the manner of a disc can be produced in a simple manner as a stamped part, for example made of spring steel. There are recesses are introduced into the disk so that webs to connect the outer and inner ring stop. Furthermore, openings on the outer and on the inner ring for attachment of the rotary-pivoting actuator on the inner ring and the rotating means may be arranged on the outer ring.
  • the actuating member may comprise a displaceable push button, wherein the push button is movable from a zero position to a displacement position.
  • the push button acts in the displacement position on a switching element switching.
  • the push button is arranged substantially centrally in the handle.
  • the switch has a housing, wherein the actuator protrudes from the housing at the upper part.
  • a switching element are various design, for example as an electrical switch, as an optical switching element in the manner of a forked light barrier, in which engages a movable aperture, as a magnetic switching element, which cooperates with a Hall sensor, o. The like.
  • the electric switch the forked light barrier, the Hall sensor o.
  • the like For ease of assembly half is arranged on a circuit board.
  • the printed circuit board is arranged in the housing, preferably in the lower part of the housing, in order to utilize the space available there.
  • the circuit board can be used to arrange there an electronics for the evaluation and optionally further processing of the switching signals.
  • the actuator can cooperate with a haptic generating element for pivoting and / or turning and / or moving.
  • a haptic generating element for pivoting and / or turning and / or moving In a cost effective and simple way, there is the haptic for the displacement generating element of a snap disk.
  • the haptic-generating element for pivoting can in space-saving manner from a backdrop at one the universal joint consist receiving bearing shell, in which engages an approach to the axis under the pressing force by a spring.
  • the haptic for turning and optionally locking positions for the rotation generating element can be made to increase the functionality of a magnetic means which is arranged on the rotating means, as well as a cooperating with the magnetic means sprocket which is fixedly arranged in the housing.
  • the magnetic means consists of an electromagnet with a solid core, whereby a variably controllable feel can be generated.
  • the sprocket has radially projecting teeth. A variable haptic and / or changeable detents for the rotational movement of the actuator are then produced in a simple manner by appropriate angular arrangement and / or energization of the coils of the magnetic means and by corresponding angular arrangement of the teeth on the sprocket.
  • a torque clutch is selected. This offers the advantage that the components for the rotational movement do not have to be moved. Thus, the moving mass is lower.
  • a haptic element for the rotational movement of a magnet with an iron cage is chosen, which offers the advantage that it is wear-free over its lifetime
  • Another advantage is that it generates no noise
  • a spring-sleeve link system is selected which differs in the execution of conventional systems. Important in the execution is the bearings play free of play. This is achieved by a bearing compensation by means of a spring. Due to the modular design, the concept is open for an extension of the functionality. For example, the arrangement of coils and stops further additional functions can be installed.
  • the flip-up switch has a haptic base with a guide, a sleeve with four lateral guide pins and a spring.
  • the function is as follows.
  • the sleeve moves on the backdrop of the haptic socket. Due to the spring tension, the sleeve is pressed onto the backdrop.
  • the formation of the backdrop, the arrangement of the guide pins on the sleeve and the spring pressure allow a tilting movement of the sleeve in only four fixed directions. Furthermore, this ensures the desired feel when tilting the sleeve and its return to the starting position.
  • the leadership of the tilting movement of the sleeve in four certain directions (right, left, front, back) is guaranteed and achieved the feel and recovery by the shape of the backdrop and compressive force of the spring.
  • a decoupling is given by a fixed ring and the torque coupling.
  • the haptic is generated by means of a plunger with spring and link, with a bearing compensation is ensured by the spring.
  • the torque coupling allows deflection in the X and Y directions without entrainment of the rotating components. A precise haptic and ease of operation of the actuators and a decoupling of the masses and the individual components is given. Furthermore, the bearing clearance is minimized and given a high-quality bearings. The fact that the rotating component is arranged on the outside, an optional extension of the functional scope is possible.
  • the switch manages despite high functionality with little space.
  • the switch for tight spaces as given in the dashboard, the center console, the armrest o. The like. In the vehicle are suitable.
  • the switch is error-prone and has a long service life.
  • the switch according to the invention can thus be used advantageously in harsh environmental conditions, for example in motor vehicles.
  • the switch has a good feel, for example, the switch has eight preferential directions for the actuator with low actuation paths and haptic feedback, which contributes to the increase in ergonomics.
  • the switch is simple, for example, with the fingers of one hand to operate, with incorrect operations are largely excluded.
  • the switch is inexpensive to manufacture.
  • a switch 1 with housing 2 and actuator 3 can be seen. With the actuator 3 pivoting 4 act as well as rotating means 5 together. In the switching positions of the actuator 3 switching elements 6 (see Fig. 2 ). The actuating member 2 interacts with the rotating means 5 and with the pivoting means 4 via a torque coupling 7.
  • the actuating member 3 has an axis 8 and a handle 9.
  • the pivoting means 4 comprises a universal joint 10.
  • the actuator 3 comprises a rotary pivot actuator 11.
  • the torque coupling 7, which is closer in Fig. 4 consists of an outer ring 12 and an inner ring 13. Webs 14 connect the outer ring 12 with the Inncring 13.
  • the torque coupling 7 is made of a Blechschcibe as a stamped part by Ausnehinungen 15 are introduced to form the webs 14.
  • the inner ring 13 relative to the outer ring 12 from the plane of the disc is deflected, which is closer in Fig. 5 is shown.
  • visible openings 16 are used for fastening the rotating means 5 and the rotary-pivoting actuator 11 to the torque coupling. 7
  • a printed circuit board 18 in the housing 2 is a printed circuit board 18, as in Fig. 2 can be seen on which the switching elements 6 are arranged.
  • the switching element 6 can be used as a Hall sensor 19 or as an in Fig. 1 visible fork light barrier 20 may be formed. Of course, the switching element 6 may also be a conventional electrical switch.
  • the haptic for the pivoting movement is generated by a located on a bearing shell 22 slide 23 into which engages a projection 24 on the axis 8, which is closer from Fig. 3 evident.
  • the approach 24 is by means of the force of a in Fig. 2 schematically indicated spring 25 guided in the link 23.
  • the haptic for the rotational movement is finally generated by a magnetic means 26, which is also in Fig. 3 you can see.
  • the magnetic means 26 comprises a sprocket 27 and an electromagnet 28 having a fixed core 29.
  • the electromagnet 28 cooperates with teeth 30 on the ring gear 27, so that not only the feel but also locking positions for the rotational movement are adjustable.
  • Such a multi-function switch can be used for car radios and / or for control devices, displays o. The like. In motor vehicles. However, the invention is not on the described and illustrated embodiment limited. Rather, it also encompasses all expert developments within the scope of the invention defined by the claims. In addition to automotive applications, such a multi-function switch can also be advantageously used as input means for computers, machine tools, household appliances or the like.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • 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-A-4 459 440 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 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 kann weiter mit Verschiebemitteln zusammenwirken, 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-A-4 459 440 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-, der Verschiebe- sowie der Drehmittel keine näheren Angaben gemacht. Insbesondere erhält man dort keine Hinweise, wie die Funktionalität Verschwenken und gegebenenfalls Verschieben sowie gegebenenfalls Drehen mittels eines einzigen Betätigungsorgans realisierbar ist. Desweiteren gibt der bekannte Schalter keinen Hinweis auf die Realisierung von ergonomischen Erfordernissen, insbesondere solche, die für den Einsatz im Kraftfahrzeug wünschenswert sind. Schließlich ist auch nicht weiter ersichtlich, ob dieser Schalter zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit beengten Einbauräumen geeignet ist.
  • Desweiteren ist aus der US 2003/0107502 A1 ein Joystick-Schalter mit einem an einer Achse befindlichen Betätigungsorgan bekannt, bei dem das Betätigungsorgan in zwei aufeinander senkrecht stehende Richtungen verschwenkbar sowie um einen gewissen Winkel drehbar ist. Die Achse ist in einem Kugelgelenk gelagert und wirkt für die Verschwenkbewegung mit Trägern in der Art eines Kreuzgelenks zusammen. Für die Drehbewegung ist die Kugel des Kugelgelenks in einem weiteren Träger drehbar gelagert. Das Kugelgelenk wirkt mit den Träger somit als eine Art von Drehmomentkupplung für die Verschwenk- und Drehbewegung zusammen.
  • Schließlich ist auch in der US 6 429 849 B1 ein Joystick-Schalter mit einem an einer Welle angeordneten Handgriff gezeigt, der in X- und Y-Richtung verschwenkbar ist. Als Verschwenkmittel dient ein mit der Welle zusammenwirkendes Kardangelenk. Zusätzlich ist der Handgriff um die Z-Achse drehbar, indem der Handgriff drehbar an der Welle angeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt ausgehend von der US 2003/0107502 A1 die Aufgabe zugrunde, die Verschwenk- und gegebenenfalls die Drehmittel sowie gegebenenfalls die Verschiebemittel weiterzubilden. Beyorzugterweise sollen diese derart ausgestaltet werden, daß die Ergonomie für den mit hoher Funktionalität versehenen Schalter gesteigert ist, wobei der Schalter insbesondere jedoch mit kleinem Bauraum auskommen soll.
  • Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Beim erfindungsgemäßen elektrischen Schalter wirkt das Drehmittel und das Verschwenkmittel über eine Drehmomentkupplung mit dem Betätigungsorgan zusammen. Dieses Zusammenwirken ist derart, daß das Drehmittel sowie das Verschwenkmittel, und zwar insbesondere deren Massen, voneinander entkoppelt sind. Vorteilhafterweise müssen dadurch beim Verschwenken die Bauteile für die Drehbewegung und umgekehrt beim Verdrehen die Bauteile für die Verschwenkbewegung nicht mitbewegt werden, was die Bedienbarkeit des Schalters für den Benutzer verbessert. In einfacher sowie auch kostengünstiger Art und Weise besteht die Drehmomentkupplung aus einer blattfederartig ausgestalteten Scheibe. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das Betätigungsorgan des elektrischen Schalters kann eine Achse aufweisen. Ein Handgriff ist an der der Drehmomentkupplung abgewandten Seite der Achse angeordnet. In kompakter Ausgestaltung steht die Achse an der der Drehmomentkupplung zugewandten Seite mit einem Kreuzgelenk in Verbindung. Weiter kann das Betätigungsorgan einen Dreh-Verschwenk-Betätiger umfassen, wobei der Dreh-Verschwenk-Betätiger vom Handgriff bis zur Drehmomentkupplung reicht sowie die Achse umgibt. Der Dreh-Verschwenk-Betätiger steht zweckmäßigerweise einerseits mit dem Handgriff sowie andererseits mit der Drehmomentkupplung in Verbindung.
  • In einer besonders ergonomischen Ausgestaltung ist der Dreh-Verschwenk-Betätiger weitgehend starr über die Drehmomentkupplung mit dem Drehmittel, das beispielsweise als Drehring ausgestaltet ist, für das zugehörige Schaltelement gekoppelt. Der Dreh-Verschwenk-Betäiger ist elastisch auslenkbar über die Drehmoment kupplung mit dem Verschwenkmittel für das zugehörige Schaltelement gekoppelt. Wie bereits erwähnt, kann das Verschwenkmittel das Kreuzgelenk umfassen, so daß eine Verschwenkung in vier aufeinander senkrecht stehende Richtungen in der Art einer Windrose ermöglicht ist. Der Dreh-Verschwenk-Betätiger wirkt beim Verschwenken auf die Achse zur Betätigung des Verschwenkmittels ein.
  • Die Scheibe für die Drehmomentkupplung weist einen Außenring sowie einen Innenring auf. Zweckmäßigerweise ist der Innenring mittels Stege am Außenring befestigt, und zwar derart daß der Innenring aus der Ebene der Scheibe verschwenkbar sowie der Außenring in der Ebene der Scheibe verdrehbar ist.
  • Die Drehmomentkupplung in der Art einer Scheibe läßt sich in einfacher Weise als Stanzteil, beispielsweise aus Federstahl, herstellen. Es werden dabei Ausnehmungen in die Scheibe derart eingebracht sind, daß Stege zur Verbindung des Außen- sowie Innenrings stehenbleiben. Weiterhin können Durchbrüche am Außen- sowie am Innenring zur Befestigung des Dreh-Verschwenk-Betätigers am Innenring und des Drehmittels am Außenring angeordnet sein.
  • Falls der elektrische Schalter auch durch Verschieben betätigbar sein soll, kann das Betätigungsorgan einen verschiebbaren Druckknopf umfassen, wobei der Druckknopf aus einer Nullstellung in eine Verschiebestellung bewegbar ist. Dabei wirkt der Druckknopf in der Verschiebestellung auf ein Schaltelement schaltend ein. Der einfachen Bedienbarkeit halber bietet es sich an, daß der Druckknopf im wesentlichen zentrisch im Handgriff angeordnet ist.
  • In herkömmlicher Weise besitzt der Schalter ein Gehäuse, wobei das Betätigungsorgan am oberen Teil aus dem Gehäuse herausragt. Als Schaltelement eignen sich verschiedene Ausgestaltung, beispielsweise als elektrischer Schalter, als optisches Schaltelement in der Art einer Gabellichtschranke, in die eine bewegbare Blende eingreift, als magnetisches Schaltelement, das mit einem Hallsensor zusammenwirkt, o. dgl. wobei der elektrische Schalter, die Gabellichtschranke, der Hallsensor o. dgl. der einfachen Montierbarkeit halber auf einer Leiterplatte angeordnet ist. Die Leiterplatte ist im Gehäuse, und zwar bevorzugterweise im unteren Teil des Gehäuses angeordnet, um den dortigen Bauraum auszunutzen. Zusätzlich kann dann die Leiterplatte dazu genutzt werden, dort eine Elektronik zur Auswertung und gegebenenfalls Weiterverarbeitung der Schaltsignale anzuordnen.
  • Um dem Benutzer eine fühlbare Rückmeldung bei der Bedienung des Schalters zu bieten, kann das Betätigungsorgan mit einem eine Haptik erzeugenden Element für das Verschwenken und/oder Drehen und/oder Verschieben zusammenwirken. In kostengünstiger und einfacher Weise besteht das die Haptik für das Verschieben erzeugende Element aus einer Schnappscheibe. Das die Haptik erzeugende Element für das Verschwenken kann in platzsparender Art aus einer Kulisse an einer das Kreuzgelenk aufnehmenden Lagerschale bestehen, in die ein Ansatz an der Achse unter der Anpreßkraft durch eine Feder eingreift. Das die Haptik für das Drehen sowie gegebenenfalls Raststellungen für das Drehen erzeugende Element kann zur Steigerung der Funktionalität aus einem magnetischen Mittel, das am Drehmittel angeordnet ist, sowie einem mit dem magnetischen Mittel zusammenwirkenden Zahnkranz, der feststehend im Gehäuse angeordnet ist, bestehen.
  • Es bietet sich dabei weiter an, daß das magnetische Mittel aus einem Elektromagneten mit einem Festkern besteht, wodurch eine variabel ansteuerbare Haptik erzeugbar ist. Zweckmäßigerweise besitzt der Zahnkranz radial abstehende Zähne. Eine veränderbare Haptik und/oder veränderbare Rastellungen für die Drehbewegung des Betätigungsorgans sind dann in einfacher Weise durch entsprechende winkelförmige Anordnung und/oder Bestromung der Spulen des magnetischen Mittels sowie durch entsprechende winkelförmige Anordnung der Zähne am Zahnkranz erzeugbar.
  • Zusammenfassend ist hervorzuheben, daß vor allem bei der vorliegenden Erfindung ein Dreh- Drück- und Schiebesteller realisiert werden soll, der die verschiedenen Funktionsrichtungen und Massen entkoppelt hat. Dabei sind vor allem folgende Punkte zu berücksichtigen:
    • Entkopplung der Massen beim Schieben,
    • Trennung der Funktionselemente,
    • geringe Baugröße,
    • Verschleißfreiheit der haptikgebenden Elemente, und
    • geringe bewegliche Masse.
  • Zur Entkopplung der Massen ist eine Drehmomentkupplung gewählt. Diese bietet den Vorteil, daß die Bauteile für die Drehbewegung nicht mitbewegt werden müssen. Somit ist die bewegte Masse geringer. Als haptikgebendes Element für die Drehbewegung ist ein Magnet mit einem Eisenkäfig gewählt, der den Vorteil bietet, daß er über die Lebensdauer verschleißfrei ist Ein weiterer Vorteil ist, daß er keine Störgeräusche erzeugt Für die Schiebehaptik ist ein Feder-Hülse-Kulissen-System gewählt, das sich in der Ausführung von herkömmlichen Systemen unterscheidet. Wichtig bei der Ausführung ist es, die Lagerstellen spielfrei auszuführen. Dies wird erreicht durch einen Lagerausgleich mittels einer Feder. Durch den modularen Aufbau ist das Konzept offen für eine Erweiterung der Funktionalität. So können beispielsweise durch die Anordnung von Spulen und Anschlägen weitere Zusatzfunktionen eingebaut werden.
  • Beim Schalter mit Kipphaptik besteht der Aufbau in einem Haptik-Sockel mit Kulisse, einer Hülse mir vier seitlichen Führungsstiften und einer Feder. Die Funktion ist wie folgt. Die Hülse bewegt sich auf der Kulisse des Haptik-Sockels. Durch die Federspannung wird die Hülse auf die Kulisse gedrückt. Die Formung der Kulisse, die Anordnung der Führungsstifte an der Hülse und der Federdruck ermöglichen eine Kippbewegung der Hülse in ausschließlich vier festgelegte Richtungen. Des Weiteren ist dadurch die gewünschte Haptik beim Kippen der Hülse und deren Rückstellung in die Ausgangsposition gewährleistet. Vorteilhafterweise ist die Führung der Kippbewegung der Hülse in vier bestimmte Richtungen (rechts, links, vorne, hinten) gewährleistet sowie die Haptik und Rückstellung durch die Form der Kulisse und Druckkraft der Feder erzielt.
  • Weiterhin ist folgendes gewährleistet:
    • Einfache Bedienbarkeit,
    • Drehen präzise, leichtgängig, diskrete Drehhaptik mit hochwertiger Lagerung,
    • Schieben / Kippen in 2 Ebenen,
    • Verringerung der Schiebekräfte, ungefähr bei 5 N Druckpunkt,
    • Sicherheit gegen Fehlbetätigung durch Trennung der Funktionsbereiche,
    • Geringe bewegliche Masse,
    • Kleiner Bedienknopfdurchmesser von in etwa 35 mm,
    • Entkopplung der Betätigungselemente,
    • Aktive Haptik für begrenzte Funktionsbereiche (Jog Shuttle für Menüwahl),
    • Selbsterklärend durch Anordnungen und Design (Funktionsbereiche sind selbstredend und einfach erkennbar dargestellt),
    • Beleuchtung der aktiven Funktionsbereiche möglich,
    • Eingabe von alpha-numerischen Zeichen möglich,
    • Integration von kapazitivem Sensor für Tasten mit Hilfefunktion,
    • Modularer Aufbau für Ausbaustufen,
    • Ausbaustufe mit "freiem Schieben" möglich,
    • Wertigkeitelemente für Bedienknopfdesignvarianten,
    • Entkopplung der Betätigungselemente.
  • Für die Enter-Funktion ist eine Entkopplung durch die separate Entertaste gegeben. Eine Schaltmatte ist direkt an der Taste angeordnet.
  • Für das Drehen ist eine Entkopplung durch ein separates Betätigungselement sowie die Drehmomentkupplung gegeben. Außerdem ist eine magnetische Rastung mit einer hochwertigen Lagerung ermöglicht.
  • Für das Kippen ist eine Entkopplung durch einen feststehenden Ring sowie die Drehmomentkupplung gegeben. Die Haptik ist mittels eines Stößels mit Feder und Kulisse erzeugt, wobei ein Lagerausgleich durch die Feder gewährleistet ist.
  • Die Drehmomentkupplung ermöglicht ein Auslenken in X- und Y- Richtung ohne Mitnahme der drehenden Bauteile. Eine präzise Haptik und Leichtgängigkeit der Betätigungselemente sowie eine Entkopplung der Massen und der einzelnen Bauteile ist gegeben. Desweiteren ist das Lagerspiel minimiert und ein hochwertiges Lager gegeben. Dadurch daß das drehende Bauteil außen angeordnet ist, ist eine optionale Erweiterung des Funktionsumfanges ermöglicht.
  • 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, beispielsweise besitzt der Schalter acht Vorzugsrichtungen für das Betätigungsorgan bei geringen Betätigungswegen und haptischer Rückmeldung, was zur Steigerung der Ergonomie beiträgt. 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.
  • Weitere Vorteile sind darin zu sehen:
    • Günstiges Wirkprinzip,
    • Verschleißfreiheit,
    • Kompakte Bauweise,
    • Entkoppelte Massen beim Schieben, und
    • Geräuschreduzierte Anordnung.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    perspektivisch einen durch Schwenken, Drücken und Drehen betätigbaren elektrischen Schalter in der Art eines Multifunktionsschalters, der teilweise aufgeschnitten ist,
    Fig. 2
    einen Schnitt durch den elektrischen Schalter aus Fig. 1, wobei das Gehäuse weggelassen ist,
    Fig. 3
    eine vergrößerte Detailansicht des Drehmittels aus Fig. 1,
    Fig. 4
    die Drehmomentkupplung als Einzelteil, und
    Fig. 5
    die Drehmomentkupplung aus Fig. 4, wobei der Innenring verschwenkt ist.
  • In Fig. 1 ist ein Schalter 1 mit Gehäuse 2 und Betätigungsorgan 3 zu sehen. Mit dem Betätigungsorgan 3 wirken Verschwenkmittel 4 sowie Drehmittel 5 zusammen. In den Schaltstellungen des Betätigungsorgans 3 werden Schaltelemente 6 (siehe Fig. 2) betätigt. Das Betätigungsorgan 2 wirkt mit dem Drehmittel 5 sowie mit dem Verschwenkmittel 4 über eine Drehmomentkupplung 7 zusammen.
  • Wie weiter aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist das Betätigungsorgan 3 eine Achse 8 sowie einen Handgriff 9 auf. Das Verschwenkmittel 4 umfaßt ein Kreuzgelenk 10. Das Betätigungsorgan 3 umfaßt einen Dreh-Verschwenk-Betätiger 11. Schließlich befindet sich noch ein Druckknopf 17 am Betätigungsorgan 3.
  • Die Drehmomentkupplung 7, die näher in Fig. 4 zu sehen ist, besteht aus einem Außenring 12 und einem Innenring 13. Stege 14 verbinden den Außenring 12 mit dem Inncring 13. Die Drehmomentkupplung 7 ist aus einer Blechschcibe als Stanzteil hergestellt, indem Ausnehinungen 15 zur Ausbildung der Stege 14 eingebracht sind. Dadurch ist der Innering 13 gegenüber dem Außenring 12 aus der Ebene der Scheibe auslenkbar, was näher in Fig. 5 dargestellt ist. In Fig. 3 sichtbare Durchbrüche 16 dienen zur Befestigung des Drehmittels 5 sowie des Dreh-Verschwenk-Betätigers 11 an der Drehmomentkupplung 7.
  • Im Gehäuse 2 befindet sich eine Leiterplatte 18, wie in Fig. 2 zu sehen ist, auf der die Schaltelemente 6 angeordnet sind. Das Schaltelement 6 kann als Hallsensor 19 oder als eine in Fig. 1 sichtbare Gabellichtschranke 20 ausgebildet sein. Selbstverständlich kann es sich bei dem Schaltelement 6 auch um einen herkömmlichen elektrischen Schalter handeln.
  • Im Druckknopf 17 sind Schnappscheiben 21 zur Erzeugung von dessen Haptik angeordnet. Die Haptik für die Verschwenkbewegung wird durch eine an einer Lagerschale 22 befindliche Kulisse 23, in die ein Ansatz 24 an der Achse 8 eingreift, erzeugt, was näher aus Fig. 3 hervorgeht. Der Ansatz 24 wird mittels der Kraft einer in Fig. 2 schematisch angedeuteten Feder 25 in der Kulisse 23 geführt. Die Haptik für die Drehbewegung wird schließlich durch ein magnetisches Mittel 26 erzeugt, welches ebenfalls in Fig. 3 zu sehen ist. Das magnetische Mittel 26 umfaßt einen Zahnkranz 27 sowie einen Elektromagnet 28, der einen Festkern 29 besitzt. Der Elektromagnet 28 wirkt mit Zähnen 30 am Zahnkranz 27 zusammen, so daß nicht nur die Haptik sondern auch Rastpositionen für die Drehbewegung einstellbar sind.
  • Ein derartiger Mehrfunktionsschalter läßt sich für Autoradios und/oder für Steuergeräte, Displays o. dgl. in Kraftfahrzeugen verwenden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. Neben Kraftfahrzeuganwendungen kann ein derartiger Mehrfunktionsschalter in vorteilhafter Weise auch als Eingabemittel für Computer, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte o. dgl. eingesetzt werden.
    • Bezugszeichen-Liste;
    • 1:
    elektrischer Schalter
    2:
    Gehäuse
    3:
    Betätigungsorgan
    4:
    Verschwenkmittel
    5:
    Drehmittel
    6:
    Schaltelement
    7:
    Drehmomentkupplung
    8:
    Achse
    9:
    Handgriff
    10:
    Kreuzgelenk
    11:
    Dreh-Verschwenk-Betätiger
    12:
    Außenring
    13:
    Innenring
    14:
    Steg
    15:
    Ausnehmung
    16:
    Durchbruch
    17:
    Druckknopf
    18:
    Leiterplatte
    19:
    Hallsensor
    20:
    Gabellichtschranke
    21:
    Schnappscheibe
    22:
    Lagerschale
    23:
    Kulisse
    24:
    Ansatz
    25:
    Feder
    26:
    magnetisches Mittel
    27:
    Zahnkranz
    28:
    Elektromagnet
    29:
    Festkern
    30:
    Zahn

Claims (11)

  1. Elektrischer Schalter, insbesondere in der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters, mit einem bewegbaren Betätigungsorgan (3), einem Verschwenkmittel, einem Drehmittel und einer Drethmoment kupplung, wobei das Betätigungsorgan (3) mit den Verschwenkmitteln (4) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan (3) in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist, wobei das Betätigungsorgan (3) mit den Drehmitteln (5) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan (3) aus einer Ausgangsstellung um wenigstens einen Winkel in eine Drehstellung drehbar ist, wobei die Schwenkstellung sowie die Drehstellung jeweils als Schaltstellung ausgebildet ist, derart daß das Betätigungsorgan (3) in der Schaltstellung auf ein Schaltelement (6), Sensorelement, Signalelement o. dgl. betätigend einwirkt, und wobei das Drehmittel (5) und das Verschwenkmittel (4) über die Drehmomentkupplung (7) mit dem Betätigungsorgan (3) zusammenwirken, derart daß das Drehmittel (5) sowie das Verschwenkmittel (4), insbesondere deren Massen, voneinander entkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentkupplung (7) aus einer blattfederartig ausgestalteten Scheibe besteht.
  2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (3) eine Achse (8) aufweist, daß vorzugsweise ein Handgriff (9) an der der Drehmomentkupplung (7) abgewandten Seite der Achse (8) angeordnet ist, und daß weiter vorzugsweise die Achse (8) an der der Drehmomentkupplung (7) zugewandten Seite mit einem Kreuzgelenk (10) in Verbindung steht.
  3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (3) einen Dreh-Verschwenk-Betätiger (11) umfaßt, wobei insbesondere der Dreh-Verschwenk-Betätiger (11) vom Handgriff (9) bis zur Drehmomentkupplung (7) reicht sowie gegebenenfalls die Achse (8) umgibt, und daß vorzugsweise der Dreh-Verschwenk-Betätiger (11) einerseits mit dem Handgriff (9) sowie andererseits mit der Drehmomentkupplung (7) in Verbindung steht.
  4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreh-Verschwenk-Betätiger (11) weitgehend starr über die Drehmomentkupplung (7) mit dem Drehmittel (5), das insbesondere als Drehring ausgestaltet ist, für das zugehörige Schaltelement (6) gekoppelt ist, daß vorzugsweise der Dreh-Verschwenk-Betätiger (11) elastisch auslenkbar über die Drehmomentkupplung (7) mit dem Verschwenkmittel (4), das insbesondere das Kreuzgelenk (10) zur Verschwenkung in vier aufeinander senkrecht stehende Richtungen in der Art einer Windrose umfaßt, für das zugehörige Schaltelement (6) gekoppelt ist, und daß weiter vorzugweise der Dreh-Verschwenk-Betätiger (11) beim Verschwenken auf die Achse (8) zur Betätigung des Verschwenkmittels (4) einwirkt.
  5. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentkupplung (7) einen Außenring (12) sowie einen Innenring (13) aufweist, und daß vorzugsweise der Innenring (13) mittels Stege (14) am Außenring (12) befestigt ist, insbesondere derart daß der Innenring (13) aus der Ebene der Scheibe verschwenkbar sowie der Außenring (12) in der Ebene der Scheibe verdrehbar ist.
  6. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentkupplung (7) als Stanzteil, insbesondere aus Federstahl, hergestellt ist, daß vorzugsweise Ausnehmungen (15) in die Scheibe derart eingebracht sind, daß Stege (14) zur Verbindung des Außensowie Innenrings (12, 13) stehenbleiben, und daß weiter vorzugsweise Durchbrüche (16) am Außen- sowie Innenring (12, 13) zur Befestigung des Dreh-Verschwenk-Betätigers (11) am Innenring (13) sowie des Drehmittels (5) am Außenring (12) angeordnet sind.
  7. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (3) einen verschiebbaren Druckknopf (17) umfaßt, daß vorzugsweise der Druckknopf (17) aus einer Nullstellung in eine Verschiebestellung bewegbar ist, insbesondere derart daß der Druckknopf (17) in der Verschiebestellung auf ein Schaltelement (6) schaltend einwirkt, und daß weiter vorzugsweise der Druckknopf (17) im wesentlichen zentrisch im Handgriff (9) angeordnet ist.
  8. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (1) ein Gehäuse (2) besitzt, daß vorzugsweise das Betätigungsorgan (3) aus dem Gehäuse (2), insbesondere am oberen Teil des Gehäuses (2), herausragt, daß weiter vorzugsweise das Schaltelement (6) als elektrischer Schalter, als optisches Schaltelement in der Art einer Gabellichtschranke (20), in die eine bewegbare Blende eingreift, als magnetisches Schaltelement, das mit einem Hallsensor (19) zusammenwirkt, o. dgl. ausgestaltet ist, daß noch weiter vorzugsweise der elektrische Schalter, die Gabellichtschranke (20), der Hallsensor (19) o. dgl. auf einer Leiterplatte (18) angeordnet ist, und daß nochmals weiter vorzugsweise die Leiterplatte (18) im Gehäuse (2), insbesondere im unteren Teil des Gehäuses (2) angeordnet ist.
  9. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (3) mit einem eine Haptik erzeugenden Element für das Verschwenken und/oder Drehen und/oder Verschieben zusammenwirkt, daß vorzugsweise das die Haptik für das Verschieben erzeugende Element aus einer Schnappscheibe (21) besteht, und daß weiter vorzugsweise das die Haptik erzeugende Element für das Verschwenken aus einer Kulisse (23) an einer das Kreuzgelenk (10) aufnehmenden Lagerschale (22) besteht, in die ein Ansatz (24) an der Achse (8), insbesondere unter der Anpreßkraft durch eine Feder (25), eingreift.
  10. Elektrischer Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die Haptik für das Drehen sowie gegebenenfalls Raststellungen für das Drehen erzeugende Element aus einem magnetischen Mittel (26), das insbesondere am Drehmittel (5) angeordnet ist, sowie einem mit dem magnetischen Mittel (26) zusammenwirkenden Zahnkranz (27), der insbesondere feststehend im Gehäuse (2) angeordnet ist, besteht.
  11. Elektrischer Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Mittel (26) aus einem Elektromagneten (28) mit einem Festkern (29) besteht, daß vorzugsweise der Zahnkranz (27) radial abstehende Zähne (30) besitzt, und daß weiter vorzugsweise eine veränderbare Haptik und/oder veränderbare Rastellungen für die Drehbewegung des Betätigungsorgans (3) durch entsprechende winkelförmige Anordnung und/oder Bestromung der Spulen des magnetischen Mittels (26) sowie gegebenenfalls durch entsprechende winkelförmige Anordnung der Zähne (30) am Zahnkranz (27) erzeugbar sind.
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