EP1904906B1 - Drehsteller mit magnetischer bremse - Google Patents

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EP1904906B1
EP1904906B1 EP06791530A EP06791530A EP1904906B1 EP 1904906 B1 EP1904906 B1 EP 1904906B1 EP 06791530 A EP06791530 A EP 06791530A EP 06791530 A EP06791530 A EP 06791530A EP 1904906 B1 EP1904906 B1 EP 1904906B1
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EP
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housing
adjusting shaft
flow guide
guide means
control dial
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Andreas Kramlich
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Preh GmbH
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Preh GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/08—Controlling members for hand actuation by rotary movement, e.g. hand wheels
    • G05G1/10—Details, e.g. of discs, knobs, wheels or handles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20576—Elements
    • Y10T74/20732—Handles
    • Y10T74/20834—Hand wheels
    • Y10T74/2084—Knob or dial

Definitions

  • the invention relates to a turntable for a motor vehicle with a control knob, a housing, a control knob rotatably mounted on the control shaft and electro-magnetic means which act on the control knob that a locking or blocking the rotation of the control knob is possible.
  • a turntable In today's motor vehicles controls are often used, which are assigned multifunctional control tasks. Thus, via the selection in a display or menu keys, a turntable can be given the control task of adjusting the volume of a radio receiver and at the same time assigning the control task to set a three-stage blower. Here are in a turntable different haptics as well as limitations to realize as end stops.
  • the turntable comprises a rotatably mounted in a housing actuating shaft with a cooperating detent arrangement comprising a rotatable support member which is to brake the activation of the locking arrangement by an associated controllable by a solenoid locking element with respect to the housing or fixable, the solenoid from a hole and a movable armature arrangement existing magnetic circuit and a winding contains.
  • the magnetic circuit includes a permanent magnet, which is designed and arranged so that the solenoid acts as a bistable, by short-term energization of the winding switchable solenoid.
  • the object of the invention is to provide a turntable with which it is possible to produce any desired haptics.
  • the turntable should be structurally simple and inexpensive to manufacture.
  • document EP1480238 shows a turntable according to the preamble of claim 1. The object of the invention is achieved by the features of claim 1.
  • the inventive construction of the turntable the possibility is now created to realize any Haptikverstructure on a control knob of the turntable. This is particularly advantageous when the turntable is used for multifunctional control tasks.
  • many small notches as well as center pegs and end stops can be displayed.
  • the usual detents differ from the center detents in that in the case of center detents, in contrast to normal detents, an increased expenditure of force for over-rotating the center detent is necessary.
  • a positive connection between the friction disc and the actuating shaft and between the flux guide member and the actuating shaft a structurally simple construction of the magnetic means is ensured, which in turn has a positive effect on the manufacturing cost.
  • the turntable 1 consists of a control knob 2 on which a control shaft 3 is rotatably mounted. Below the control knob, a flux guide member 4 and a friction washer 5 along the control shaft 3 is movably mounted on the shaft. The flux guide part 4 and the friction disk 5 are movable along the control shaft 3 and in the direction of the arrow P over the control shaft 3 away.
  • a positive connection wherein the control shaft 3 is formed profiled at least in the region of the flux guide part 4 and the friction disc 5 and that flux guide member 4 and the friction disc 5 a provided the profile corresponding opening.
  • a coil 6 is arranged around the control shaft 3 around. The coil 6 is held in a part of the housing 7 of the turntable 1.
  • the housing 7 at the same time supports the bearing 8 of the control shaft 3. It is conceivable here to use a commercial bearing, such as a plain bearing, roller bearings or ball bearings.
  • the coil 6 accommodated in the housing 7 can be accommodated either as a circumferential one, that is to say around the setting shaft 3 or as a separate coil element at two or more positions in the housing. If the coil 6 is energized, the coil 6 indicates a magnetic field which, for example, runs in the direction of the dashed line L through the housing 7 and the flux guide part 4.
  • the housing 7 as well as the flux guide member is formed of an electrically conductive material. If the housing 7 accommodating the coil 6 is formed of an electrically conductive material, then the housing 7 forms a lower part 7 conducting the magnetic flux, and the flux guide part 4 forms an upper part 4 guiding the magnetic flux.
  • the programming takes place in this case in that the coil 6 is traversed laterally in the distances corresponding to the notches with current, so that the force corresponding to the detent F is exerted on the flux guide part and thus by the positive connection to the control shaft 3 a braking effect on the control knob. 2 is noticeable.
  • the friction disk 5 can be made in regions and in a ring shape with a coating 9 which can be attached on one or both sides of the friction disk 5.
  • the coating 9 serves to reduce the adhesion forces between the magnetic means 4, 7, 6.
  • the coating 9 serves as a lubricant between the flux guide parts 4, 7 which move relative to one another.
  • the coating 9 it is possible to use materials which have a lower strength than the base material of the flux guide parts 4, 7.
  • a material to be used here is for example copper.
  • the coating 9 is annularly applied to the friction disc 5.
  • an angle encoder 10 to the control shaft 3.
  • an angle encoder 10 here known from the prior art conventional angle encoder 10 are used.
  • the electromagnetic means 4, 5, 6, 7 realize an end stop, the magnetic means 4, 5, 6, 7 are pressed against each other.
  • a highly sensitive angle sensor 10 is used, which detects even the most minimal rotational movements of the control knob 2 in the opposite direction to the end stop and in this case the magnetic means 4, 5, 6 7, and on the other hand, the play with which the flux guide part 4 and the friction disc 5 are received in the control shaft 3 is sufficient to turn the control knob 2 minimally, so that by means of the angle encoder 10 detects the direction of rotation and the magnetic means 4, 5, 6, 7 are released.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Drehsteller für ein Kraftfahrzeug mit einem Bedienknopf, einem Gehäuse, einer am Bedienknopf drehfest befestigten Stellwelle und elektro-magnetischen Mitteln, die derart auf den Bedienknopf wirken, dass ein Rasten oder Blockieren der Drehbewegung des Bedienknopfs ermöglicht ist.
  • In heutigen Kraftfahrzeugen werden vielfach Bedienelemente eingesetzt, denen multifunktionale Steuerungsaufgaben zugeordnet sind. So kann über die Auswahl in einem Display oder Menütasten einem Drehsteller die Steuerungsaufgabe zufallen, die Lautstärke eines Rundfunkempfängers einzustellen und gleichzeitig die Steuerungsaufgabe zugeordnet werden, um ein dreistufiges Gebläse einzustellen. Hierbei sind in einem Drehsteller unterschiedliche Haptiken wie auch Begrenzungen als Endanschläge zu realisieren.
  • Eine Möglichkeit zur Erzielung unterschiedlicher Rastpositionen in einem Drehsteller ist in der DE 101 53 002 A1 beschrieben. Der Drehsteller umfasst eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Stellwelle mit einer damit kooperierenden Rastanordnung, enthaltend ein drehbewegliches Halteelement, welches zur Aktivierung der Rastanordnung durch ein zugeordnetes durch einen Hubmagneten steuerbares Feststellelement bezüglich des Gehäuses brems- oder festlegbar ist, wobei der Hubmagnet einen aus einem Loch und einem beweglichen Ankeranordnung bestehenden Magnetkreis sowie eine Wicklung enthält. Hierbei enthält der Magnetkreis einen Permanentmagneten, welcher so ausgebildet und angeordnet ist, dass der Hubmagnet als bistabiler, durch kurzzeitige Bestromung der Wicklung umschaltbarer Hubmagnet wirkt. Durch die Anordnung einer Verzahnung und einer der die Verzahnung umgreifenden Rastring, die mit dem Hubmagneten zusammenwirkt, ist eine individuelle Einstellung der Rast möglich. Zur Erzeugung einer entsprechenden Haptik ist weiterhin die Verwendung bremszangenartiger Feststellelemente, welche auf die Oberfläche eines zumindest scheiben- oder ringsegmentartig ausgebildeten Rastelementes wirken beschrieben.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es einen Drehsteller bereitzustellen, mit dem es möglich ist, beliebige Haptikverläufe zu erzeugen. Darüber hinaus soll der Drehsteller konstruktiv einfach aufgebaut und kostengünstig zu fertigen sein.
    Dokument EP1480238 zeigt einen Drehsteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Drehstellers ist nun die Möglichkeit geschaffen, beliebige Haptikverläufe an einem Bedienknopf des Drehstellers zu realisieren. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Drehsteller für multifunktionale Steuerungsaufgaben eingesetzt wird. So sind erfindungsgemäß viele kleine Rasten wie auch Mittenrasten und Endanschläge darstellbar. Hierbei unterscheiden sich die üblichen Rasten von den Mittenrasten dadurch, dass bei Mittenrasten ein im Gegensatz zu normalen Rasten ein erhöhter Kraftaufwand zum Überdrehen der Mittenrast notwendig ist. Durch eine formschlüssige Verbindung zwischen der Reibscheibe und der Stellwelle sowie zwischen dem Flußführungsteil und der Stellwelle ist ein konstruktiv einfacher Aufbau der magnetischen Mittel gewährleistet, was sich wiederum positiv auf die Herstellungskosten auswirkt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
    • Es zeigt:
    • Figur 1
    einen erfindungsgemäß ausgestatteten Drehsteller in der Seitenansicht, die teilweise geschnitten dargestellt ist und
    Figur 2
    einen erfindungsgemäßen Drehsteller mit einem elastischen Element, in einer identischen Ansicht.
  • Wie aus der Figur 1 ersichtlich, besteht der Drehsteller 1 aus einem Bedienknopf 2 an dem eine Stellwelle 3 drehfest befestigt ist. Unterhalb des Bedienknopfs ist an der Welle ein Flußführungsteil 4 sowie eine Reibscheibe 5 entlang der Stellwelle 3 bewegbar befestigt. Das Flußführungsteil 4 und die Reibscheibe 5 sind entlang der Stellwelle 3 und in Richtung des Pfeils P über die Stellwelle 3 hinweg bewegbar. Erfindungsgemäß ist eine formschlüssige Verbindung, wobei die Stellwelle 3 zumindest im Bereich des Flußführungsteils 4 und der Reibscheibe 5 profiliert ausgebildet ist und dass Flußführungsteil 4 und die Reibscheibe 5 eine dem Profil entsprechende Öffnung aufweisen vorgesehen. Unterhalb der Reibscheibe 5 ist eine Spule 6 um die Stellwelle 3 herum angeordnet. Die Spule 6 wird in einem Teil des Gehäuses 7 des Drehstellers 1 gehalten. Das Gehäuse 7 trägt gleichzeitig die Lagerung 8 der Stellwelle 3. Vorstellbar ist es hier ein handelsübliches Lager, wie beispielsweise ein Gleitlager, Rollenlager oder Kugellager einzusetzen.
  • Die im Gehäuse 7 aufgenommene Spule 6 kann entweder als umlaufende, das heißt um die Stellwelle 3 herumlaufend oder als separates Spulenelement an zwei oder mehr Positionen im Gehäuse aufgenommen sein. Wird die Spule 6 mit Strom beaufschlagt, so indiziert die Spule 6 ein magnetisches Feld das beispielsweise in Richtung der gestrichelten Linie L durch das Gehäuse 7 und das Flußführungsteil 4 verläuft. Bevorzugt ist das Gehäuse 7 wie auch das Flußführungsteil aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildet. Ist das Gehäuse 7, das die Spule 6 aufnimmt aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildet, so bildet das Gehäuse 7 ein unteres den magnetischen Fluß führendes Teil 7 und das Flußführungsteil 4 ein oberes den magnetischen Fluß führendes Teil 4.
  • Wird nun die Spule 6 mit einem elektrischen Strom beaufschlagt, so erzeugen die magnetischen Feldlinien eine Kraft F, die das Flußführungsteil 4 gegen die Reibscheibe 5 an das Gehäuse 7 und die Spule 6 anpresst. Je nach Höhe der Anpresskraft F wird eine für den Bediener des Bedienknopfs 2 unterschiedliche Haptik am Drehsteller 1 erkennbar. Es ist somit ein beliebiges Rastmuster, das heißt in Bezug auf die Rastabstände und Rastkräfte am Bedienknopf einstellbar. So ist es erfindungsgemäß möglich viele kleine Rasten sowie Mittenrasten und Endanschläge frei zu programmieren. Die Programmierung erfolgt hierbei dadurch, dass die Spule 6 in den den Rasten entsprechenden Abständen seitlich begrenzt mit Strom durchflossen wird, so dass die der Rast entsprechende Kraft F auf das Flußführungsteil ausgeübt wird und somit durch die formschlüssige Verbindung zur Stellwelle 3 eine Bremswirkung am Bedienknopf 2 spürbar ist.
  • Alternativ ist es möglich, das Flußführungsteil 4 ohne die Reibscheibe 5 zu verwenden. Die Reibscheibe 5 ist erfindungsgemäß bereichsweise und ringförmig mit einer Beschichtung 9, die einseitig oder beidseitig der Reibscheibe 5 anbringbar ist, ausführbar. Die Beschichtung 9 dient hierbei dazu, die Adhäsionskräfte zwischen den magnetischen Mitteln 4, 7, 6 zu reduzieren. Gleichzeitig dient die Beschichtung 9 als Gleitmittel zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Flußführungsteilen 4, 7. Als Beschichtung 9 sind hierbei Werkstoffe einsetzbar, die eine geringere Festigkeit als der Grundwerkstoff der Flußführungsteile 4, 7 aufweisen. Ein einzusetzender Werkstoff ist hierbei beispielsweise Kupfer. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung 9 ringförmig auf der Reibscheibe 5 aufgebracht.
  • Um die Drehbewegungen des Bedienknopfes 2 auswerten zu können, ist es erfindungsgemäß möglich, an die Stellwelle 3 einen Winkelgeber 10 zu befestigen. Als Winkelgeber 10 werden hierbei die aus dem Stand der Technik bekannten üblichen Winkelgeber 10 eingesetzt. In dem Fall, in dem die elektromagnetischen Mittel 4, 5, 6, 7 einen Endanschlag realisieren, werden die magnetischen Mittel 4, 5, 6, 7 gegeneinander gepresst. Um aus dieser Stellung heraus die magnetischen Mittel 4, 5, 6, 7 wieder zu lösen wird einerseits ein hochsensibler Winkelgeber 10 eingesetzt, der auch minimalste Drehbewegungen des Bedienknopfes 2 in die dem Endanschlag entgegengesetzte Richtung detektiert und hierbei die magnetischen Mittel 4, 5, 6, 7 freigibt und andererseits ist das Spiel, mit dem das Flußführungsteil 4 und die Reibscheibe 5 in der Stellwelle 3 aufgenommen sind ausreichend um den Bedienknopf 2 minimal zu drehen, so dass mittels das Winkelgebers 10 die Drehrichtung erfasst und die magnetischen Mittel 4, 5, 6, 7 freigegeben werden.
  • Neben dem Spiel des Flußführungsteils 4 und der Reibscheibe 5, wobei das Spiel in Drehstellern 1 unerwünscht ist, ist es erfindungsgemäß möglich, ein elastisches Element 11 in die Stellwelle 3 einzubringen, um eine Relativbewegung zwischen dem Winkelgeber 10 und den magnetischen Mitteln 4, 5, 6, 7 zu ermöglichen und somit ein Lösen der Kraft F einzuleiten. Als elastisches Element 11 ist hierbei ein Werkstoff einsetzbar, der eine Torrosion, wenn auch nur geringfügig, zulässt, da im Wesentlichen der Winkelgeber für den Impuls zum Lösen der Kraft F verantwortlich ist. Eine bevorzugte Position für ein entsprechendes elastisches Element 11 ist in die Stellwelle 3 der Figur 2 gestrichelt eingezeichnet.

Claims (5)

  1. Drehsteller für ein Kraftfahrzeug mit einem Bedienknopf (2) und einem Gehäuse (7), einer am Bedienknopf (2) drehfest befestigten Stellwelle (3) und mit elektromagnetischen Mitteln (4, 5, 6, 7), die derart auf den Bedienknopf (2) wirken, dass ein Rasten oder Blockieren der Drehbewegung des Bedienknopfs (2) möglich ist, wobei im Gehäuse (7) eine Spule (6) drehfest aufgenommen ist und an der Stellwelle (3) ein scheibenförmiges Flußführungsmittel (4) verdrehfest und ein Winkelgeber befestigt ist, wobei das Flußführungsteil (4) gegen die Spule (6) und/oder das Gehäuse (7) anpressbar ist und in die Stellwelle (3), unterhalb des Bedienknopfes (2) und zwischen den Winkelgeber (10) und den magnetischen Mitteln (4, 5, 6, 7) ein elastisches Element (11) integriert ist, so dass eine Relativbewegung zwischen den magnetischen Mitteln (4, 5, 6, 7) und dem Winkelgeber (11) möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Flußführungsteil (4) entlang der Stellwelle (3) und über die Stellwelle (3) hinweg bewegbar ist, wobei die Stellwelle (3) zumindest im Bereich des Flußführungsteils (4) profiliert ausgebildet ist und das Flußführungsteil (4) eine dem Profil entsprechende Öffnung aufweist.
  2. Drehsteller nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Spule (6) und dem Flußführungsteil (4) eine Reibscheibe (5) verdrehfest und entlang der Stellwelle (3) bewegbar befestigt ist.
  3. Drehsteller nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Reibscheibe (5) einseitig oder beidseitig eine Beschichtung (9) aufgebracht ist, und die Beschichtung (9) aus einem Werkstoff gebildet ist, der eine geringere Festigkeit als der Grundwerkstoff der Reibscheibe (5) aufweist.
  4. Drehsteller nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9) aus Kupfer gebildet ist.
  5. Drehsteller nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellwelle (3) in einem Lager (8), insbesondere in einem Kugellager (8), im Gehäuse (7) gehalten ist.
EP06791530A 2005-07-01 2006-07-03 Drehsteller mit magnetischer bremse Not-in-force EP1904906B1 (de)

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