EP1966811B1 - Bedienelement mit kipphaptik - Google Patents

Bedienelement mit kipphaptik Download PDF

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EP1966811B1
EP1966811B1 EP06776275.7A EP06776275A EP1966811B1 EP 1966811 B1 EP1966811 B1 EP 1966811B1 EP 06776275 A EP06776275 A EP 06776275A EP 1966811 B1 EP1966811 B1 EP 1966811B1
Authority
EP
European Patent Office
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lever arm
magnets
lever
primary
tilting
Prior art date
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Active
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EP06776275.7A
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English (en)
French (fr)
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EP1966811A2 (de
Inventor
Arthur Klossek
Andreas Kramlich
Peter Rajec
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Preh GmbH
Original Assignee
Preh GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Preh GmbH filed Critical Preh GmbH
Publication of EP1966811A2 publication Critical patent/EP1966811A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1966811B1 publication Critical patent/EP1966811B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/05—Means for returning or tending to return controlling members to an inoperative or neutral position, e.g. by providing return springs or resilient end-stops
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—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
    • G05G9/04—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
    • G05G9/047—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
    • 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
    • G05G2009/0477—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 holding the member in a number of definite positions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/50—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts with indexing or locating means, e.g. indexing by ball and spring
    • H01H2003/506—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts with indexing or locating means, e.g. indexing by ball and spring making use of permanent magnets
    • 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
    • Y10T74/20396—Hand operated
    • Y10T74/20474—Rotatable rod, shaft, or post

Definitions

  • the present invention relates to a control element, in particular a joystick, with tilting feel for a motor vehicle, comprising a tiltably mounted lever with a primary and at least one secondary lever arm, at least one mechanical end stop for the lever, and at least one permanent magnet pair, wherein a magnet of a permanent magnet pair a secondary lever arm and a magnet fixed in the control element is arranged such that in the middle position of the control element unequal poles of the magnets are spaced from each other.
  • Such an operating element is from the DE 41 09 544 A1 known.
  • a switch is proposed whose lever movement entrains a switching element by means of magnetic coupling.
  • the FR 2 804 240 A discloses an operating element in which the relative movement of magnets through an electrical circuit is evaluated by means of sensors, such as Hall sensors, in order to provide a low-wear switching or control function. From the GB 2 199 926 A is the principle of magnetically induced return of a lever known
  • control elements are often used, which are operated by tilting. Examples include toggle switches for power windows or electrically adjustable exterior mirrors and joysticks for controlling an on-board computer.
  • a force variable over the deflection is necessary for the operation of the operating element, via which the user is informed that the switching operation has taken place.
  • this force is typically generated by one or more springs, which optionally additionally return the control to a center position when the user releases.
  • springs are typically generated by one or more springs, which optionally additionally return the control to a center position when the user releases.
  • the disadvantage of using springs is that the spring force decreases over the lifetime of the control element and an optimal force curve over the deflection of the control element can not be achieved.
  • the operating element which is designed in particular as a joystick, has a tiltably mounted lever with a primary and at least one secondary lever arm and at least one pair of permanent magnets, a magnet of a pair of permanent magnets on a secondary lever arm and a magnet being stationarily arranged in the operating element such that spaced in the middle position of the control element unequal poles of the magnets.
  • the primary lever arm is the part of the control that the user moves when actuated.
  • a bearing transfers the movement of the primary lever arm to at least one secondary lever arm.
  • the bearing is designed for example as a ball joint or as a rocker switch.
  • a magnet of the permanent magnet pair is attached to a secondary lever arm, the second magnet fixed in the control.
  • the secondary lever arms and thus the permanent magnets arranged thereon are also moved. This leads to a relative movement between the two magnets of a pair of magnets. In this case, the same poles of the two magnets are pushed over each other, resulting in a magnetically generated restoring force, which the user must overcome upon actuation of the control.
  • the force curve over the deflection of the lever depends on the parameters length of the secondary lever arm, strength of the permanent magnets, physical size of the permanent magnet and size of the air gap between the magnets of a permanent magnet pair.
  • the advantage of the magnetically generated force curve is that magnets are subject to much less aging than springs and thus produce a constant feel over the life of the operating element. The risk of a spring break is not.
  • the tilting feel for two opposite tilting directions of the lever with a single permanent magnet pair can be generated.
  • the control element has a mechanical end stop for the lever. This prevents that after a certain deflection of the lever, the permanent magnets are in a relative position to each other, in which the same poles repel each other so that the lever further away from the center position.
  • the end stop is designed as an elastic element, which instead of a hard end stop with steeply increasing counterforce results in a steady force curve.
  • the primary and the secondary lever arm are arranged at a right angle to each other. This leads to an operating element with a particularly low overall height.
  • the operating element has two secondary lever arms. This results in two tilt levels or four tilt directions for the lever.
  • the two secondary lever arms are arranged at right angles to each other.
  • the possible tilting levels of the lever are perpendicular to each other.
  • the operating element has a tilting feel with cruciform oriented tilting directions.
  • the primary lever arm is arranged at right angles to the two secondary lever arms. This leads again to a particularly low height of the control.
  • the operating element has exactly one secondary lever arm, which forms an extension of the primary lever arm. This makes it possible to produce a tilting feel for different tilting directions with only one secondary lever arm.
  • the permanent magnets are preferably round and have concentric poles. As a result, the same force curve is generated in any tilting direction.
  • a pushbutton according to the invention has a movable and an immovable part and at least one pair of permanent magnets, a magnet of a permanent magnet pair being arranged on the movable part and a magnet on an immovable part of the pushbutton such that unequal poles of the magnets are spaced apart in the unactuated state of the pushbutton face.
  • the restoring force also fulfills two functions in the push-button.
  • the user is haptically acknowledged the effected actuation
  • the pushbutton is automatically moved back to the starting position as soon as the user releases it.
  • the pushbutton preferably has a stop for the movable part of the pushbutton.
  • This stop consists in particular of an elastic material.
  • the advantages of the particular elastic stop correspond to the above-mentioned advantages in a control element with a flip-top feel.
  • FIG. 1a, 1b and 1c show the lateral sectional view of a non-inventive control element 1 in three different operating positions. For clarity, only in FIG. 1a Reference number indicated.
  • the housing 9 of the control element 1 has a recess in which a ball 4 is arranged as a bearing for a lever.
  • the lever consists of a primary lever arm 2 and a secondary lever arm 5.
  • One end of the lever arm 2 is fixedly connected to the ball 4, the other end carries a handle 3 in the form of a control knob.
  • the handle 3 the functionality of, for example, a turntable and / or a button.
  • the secondary lever arm 5 is fixedly connected at one end to the ball 4.
  • the other end carries a permanent magnet 6.
  • a second permanent magnet 7 is arranged in the housing 9, that in the middle position of the primary lever arm 2, an air gap between the magnet 6 and the magnet 7 and opposite unequal poles of the magnets 6 and 7.
  • the north pole of a magnet is dotted and hatched the south pole of a magnet.
  • the end stops 8 limit the range of motion of the secondary lever arm 5 and thus of the primary lever arm. 2
  • FIG. 1b shows the control element 1 with slightly deflected primary lever arm 2. About the ball 4, the tilting movement of the primary lever arm 2 is transmitted to the secondary lever arm 5. This movement of the lever arm 5 has a relative movement of the magnets 6 and 7 result.
  • position of the lever is the force that is necessary for further tilting of the lever, greater than the force required to tilt the lever from the in FIG. 1 a position shown is necessary out.
  • deflection of the lever is the repulsive force between the north poles of the magnets 6 and 7 of the attractive force of the unequal poles of the magnets 6 and 7 opposite. This means that the force to be applied by the user to further tilt the lever decreases. This decrease in the restoring force gives the user a haptic feedback that the switching operation has occurred.
  • the end stop 8 causes via the secondary lever arm 5 and the ball 4 is a limitation of Kippweges the primary lever arm 2.
  • the end stop 8 is designed to be elastic, to prevent a sudden increase in drag force. Due to the low compliance of the material of the end stop 8 is a fast but steady increase in drag.
  • FIG. 3 shows a plan view of a part of the embodiment of the invention.
  • the structure of the control corresponds to the FIG. 1 with a second secondary lever arm 10 and a second pair of permanent magnets consisting of the magnets 11 and 12.
  • One end of the second secondary lever arm 10 is fixedly connected to the ball 4.
  • the permanent magnet 11 is arranged.
  • the permanent magnet 12 is fixedly arranged in the housing 9 such that in the center position of the lever, an air gap between the magnets 11 and 12 and opposite to unequal poles of the magnets 11 and 12.
  • the primary lever arm 2 points out of the plane of the drawing and is covered by the handle 3.
  • each secondary lever arm 5 and 10 and the primary lever arm 2 and between the two secondary lever arms 5 and 10 is in each case a right angle.
  • the pivoting range of the second secondary lever arm 10 is determined by in FIG. 3 limit stops, not shown.
  • FIG. 4 shows the lateral sectional view of a non-inventive control element 13, in which a ball 16 rotatably mounted in a housing 21 and fixedly connected to a primary lever arm 14 and a secondary lever arm 17.
  • the secondary lever arm 17 forms the extension of the primary lever arm 14.
  • a handle 15 is arranged, which optionally has the functionality of a turntable or a push button.
  • a round permanent magnet 18 is arranged with concentric poles.
  • a second round permanent magnet 19 with concentric poles is arranged in a stationary manner in the housing 21 such that an air gap forms between the magnets 18 and 19 in the middle position of the lever and unequal poles of the magnets 18 and 19 are opposite one another.
  • a top view of the magnet 19 is in FIG. 5 shown.
  • Embodiments of the invention are purely exemplary.
  • other bearings such as a cross rocker can be used to support the lever.
  • the directions in which the lever is tilted, can be limited, for example by means of a backdrop.
  • means for detecting the actuation of the operating element or the pushbutton have been omitted in all figures.
  • the position of the permanent magnet on the secondary lever arm may differ from the illustrated embodiments.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement, insbesondere einen Joystick, mit Kipphaptik für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen kippbar gelagerten Hebel mit einem primären und mindestens einem sekundären Hebelarm, mindestens einen mechanischen Endanschlag für den Hebel, sowie mindestens ein Permanentmagnetpaar, wobei ein Magnet eines Permanentmagnetpaares an einem sekundären Hebelarm und ein Magnet ortsfest im Bedienelement angeordnet ist derart, dass sich in Mittelstellung des Bedienelementes ungleiche Pole der Magnete beabstandet gegenüberstehen.
  • Ein derartiges Bedienelement ist aus der DE 41 09 544 A1 bekannt.
  • In der US 3 273 091 A wird ein Schalter vorgeschlagen, dessen Hebelbewegung durch magnetische Kopplung ein Schaltelement mitnimmt. Die FR 2 804 240 A offenbart ein Bedienelement, bei dem die Relativbewegung von Magneten durch eine elektrische Schaltung mittels Sensoren, wie Hallsensoren, ausgewertet wird, um eine verschleißarme Schalt- bzw. Regelfunktion bereitzustellen. Aus der GB 2 199 926 A ist das Prinzip der magnetisch bewirkten Rückstellung eines Hebels bekannt
  • In Kraftfahrzeugen werden oftmals Bedienelemente eingesetzt, die durch Kippen bedient werden. Beispiele dafür sind Kippschalter für elektrische Fensterheber oder elektrisch verstellbare Aussenspiegel sowie Joysticks zur Steuerung eines Bordcomputers. Für eine angenehmere Bedienung und zur haptischen Rückmeldung der Betätigung ist zur Bedienung des Bedienelementes eine über die Auslenkung veränderliche Kraft notwendig, über die dem Benutzer vermittelt wird, dass der Schaltvorgang erfolgt ist. Bei den derzeit erhältlichen Bedienelementen wird diese Kraft üblicherweise durch eine oder mehrere Federn erzeugt, die optional zusätzlich das Bedienelement in eine Mittelstellung zurückbringen, wenn es der Benutzer loslässt. Der Nachteil der Verwendung von Federn ist jedoch, dass die Federkraft über die Lebenszeit des Bedienelements nachlässt und sich ein optimaler Kraftverlauf über die Auslenkung des Bedienelements nicht erreichen lässt.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bedienelement mit Kipphaptik bereit zu stellen, das einfach und kostengünstig aufgebaut ist, sowie einen günstigen Kraftverlauf besitzt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Bedienelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
  • Das Bedienelement, das insbesondere als Joystick ausgebildet ist, weist einen kippbar gelagerten Hebel mit einem primären und mindestens einem sekundären Hebelarm sowie mindestens ein Permanentmagnetpaar auf, wobei ein Magnet eines Permanentmagnetpaars an einem sekundären Hebelarm und ein Magnet ortsfest im Bedienelement angeordnet ist derart, dass sich in Mittelstellung des Bedienelementes ungleiche Pole der Magnete beabstandet gegenüberstehen. Der primäre Hebelarm ist der Teil des Bedienelements, den der Benutzer bei dessen Betätigung bewegt. Über eine Lagerung wird die Bewegung des primären Hebelarms auf mindestens einen sekundären Hebelarm übertragen. Das Lager ist beispielsweise als Kugelgelenk oder als Kreuzwippe ausgeführt. Ein Magnet des Permanentmagnetpaares ist an einem sekundären Hebelarm befestigt, der zweite Magnet ortsfest im Bedienelement. Bei der Bewegung des primären Hebelarms durch den Benutzer werden auch die sekundären Hebelarme und damit die daran angeordneten Permanentmagnete bewegt. Dies führt zu einer Relativbewegung zwischen den beiden Magneten eines Magnetpaares. Dabei werden gleiche Pole der beiden Magnete übereinander geschoben, wodurch sich eine magnetisch erzeugte Rückstellkraft ergibt, die der Benutzer bei Betätigung des Bedienelements überwinden muss.
  • Durch die magnetisch erzeugt Kraft wird zum einen dem Benutzer haptisch die erfolgte Betätigung zurückgemeldet, zum anderen wird der Hebel automatisch in die Ausgangsposition zurückbewegt, sobald der Benutzer diesen loslässt. Der Kraftverlauf über der Auslenkung des Hebels hängt ab von den Parametern Länge des sekundären Hebelarms, Stärke der Permanentmagneten, physikalische Grösse der Permanentmagneten und Grösse des Luftspalts zwischen den Magneten eines Permanentmagnetpaares.
  • Der Vorteil des magnetisch erzeugten Kraftverlaufs liegt darin, dass Magnete einer sehr viel geringeren Alterung unterliegen als Federn und somit über die Lebensdauer des Bedienelements eine konstante Haptik erzeugen. Auch die Gefahr eines Federbruchs besteht nicht. Durch einen symmetrischen Aufbau der Permanentmagnete ist die Kipphaptik für zwei gegenüberliegende Kipprichtungen des Hebels mit einem einzigen Permanentmagnetpaar erzeugbar.
  • Das Bedienelement weist einen mechanischen Endanschlag für den Hebel auf. Damit wird verhindert, dass ab einer gewissen Auslenkung des Hebels die Permanentmagnete in einer relativen Position zueinander stehen, in der sich gleiche Pole derart abstoßen, dass sich der Hebel weiter aus der Mittelstellung entfernt. Optional ist der Endanschlag als elastisches Element ausgeführt, wodurch sich anstatt eines harten Endanschlags mit steil ansteigender Gegenkraft ein stetiger Kraftverlauf ergibt.
  • Nach der Erfindung sind der primäre und der sekundäre Hebelarm in einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Dies führt zu einem Bedienelement mit einer besonders geringen Bauhöhe.
  • Erfindungsgemäß weist das Bedienelement zwei sekundäre Hebelarme auf. Dadurch ergeben sich für den Hebel zwei Kippebenen beziehungsweise vier Kipprichtungen. Erfindungsgemäß sind die beiden sekundären Hebelarme im rechten Winkel zueinander angeordnet. Dies führt dazu, dass die möglichen Kippebenen des Hebels senkrecht aufeinander stehen. Dadurch weist das Bedienelement eine Kipphaptik mit kreuzförmig orientierten Kipprichtungen auf. Bevorzugt ist der primäre Hebelarm im rechten Winkel zu den beiden sekundären Hebelarmen angeordnet. Dies führt wieder zu einer besonders geringen Bauhöhe des Bedienelements.
  • In einer alternativen, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Bedienelement genau einen sekundären Hebelarm auf, der eine Verlängerung des primären Hebelarms bildet. Dadurch ist es möglich, mit nur einem sekundären Hebelarm eine Kipphaptik für verschiedene Kipprichtungen zu erzeugen. Dabei sind die Permanentmagnete bevorzugt rund ausgebildet und weisen konzentrische Pole auf. Dadurch wird in jede beliebige Kipprichtung der gleiche Kraftverlauf erzeugt.
  • Das Prinzip der Haptikerzeugung mittels eines Permanentmagnetpaars ist gemäss Anspruch 9 auch auf eine Drucktaste übertragbar. Eine erfindungsgemässe Drucktaste weist einen beweglichen und einen unbeweglichen Teil sowie mindestens ein Permanentmagnetpaar auf, wobei ein Magnet eines Permanentmagnetpaares an dem beweglichen Teil und ein Magnet an einem unbeweglichen Teil der Drucktaste angeordnet ist derart, dass sich in unbetätigtem Zustand der Drucktaste ungleiche Pole der Magnete beabstandet gegenüberstehen. Durch Betätigen der Drucktaste wird eine Relativbewegung zwischen den beiden Magneten eines Permanentmagnetpaares erzeugt, wodurch sich gleiche Pole der Magnete übereinander schieben und somit eine Gegenkraft generieren. Wie bei dem vorstehend beschriebenen Bedienelement mit Kipphaptik erfüllt die Rückstellkraft auch bei der Drucktaste zwei Funktionen. Zum einen wird dem Benutzer haptisch die erfolgte Betätigung zurückgemeldet, zum anderen wird die Drucktaste automatisch in die Ausgangsposition zurückbewegt, sobald der Benutzer sie loslässt.
  • Bevorzugt weist die Drucktaste einen Anschlag für den beweglichen Teil der Drucktaste auf. Dieser Anschlag besteht insbesondere aus einem elastischen Material. Die Vorteile des insbesondere elastischen Anschlags entsprechen den vorstehend genannten Vorteilen bei einem Bedienelement mit Kipphaptik.
  • Die Erfindung soll anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dabei zeigt
    • Figur 1a-1c ein nicht erfindungsgemäßes Bedienelement in drei Hebelstellungen,
    • Figur 2 einen Kraftverlauf über der Auslenkung des Hebels,
    • Figur 3 einen Teil eines erfindungsgemäßen Bedienelementes mit zwei sekundären Hebelarmen,
    • Figur 4 eine weitere Ausführungsform eines nicht erfindungsgemäßen Bedienelementes, und
    • Figur 5 einen runden Permanentmagneten mit konzentrischen Polen.
  • Die Figuren 1a, 1b und 1c zeigen die seitliche Schnittdarstellung eines nicht erfindungsgemäßen Bedienetementes 1 in drei verschiedenen Bedienpositionen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur in Figur 1a Bezugszeichen angegeben.
  • Das Gehäuse 9 des Bedienelementes 1 weist eine Ausnehmung auf, in der eine Kugel 4 als Lager für einen Hebel angeordnet ist. Der Hebel besteht aus einem primären Hebelarm 2 und einem sekundären Hebelarm 5. Ein Ende des Hebelarms 2 ist fest mit der Kugel 4 verbunden, das andere Ende trägt eine Handhabe 3 in Form eines Bedienknaufes. Alternativ weist die Handhabe 3 die Funktionalität beispielsweise eines Drehstellers und / oder eines Tasters auf.
  • Der sekundäre Hebelarm 5 ist mit einem Ende fest mit der Kugel 4 verbunden. Das andere Ende trägt einen Permanentmagneten 6. Ein zweiter Permanentmagnet 7 ist derart im Gehäuse 9 angeordnet, dass in der Mittelstellung des primären Hebelarms 2 ein Luftspalt zwischen dem Magneten 6 und dem Magneten 7 besteht und sich ungleiche Pole der Magnete 6 und 7 gegenüberstehen. In allen Ausführungsbeispielen ist der Nordpol eines Magneten punktiert und der Südpol eines Magneten schraffiert dargestellt. Die Endanschläge 8 begrenzen den Bewegungsspielraum des sekundären Hebelarms 5 und damit des primären Hebelarms 2.
  • Durch die Kraft zwischen den Magneten 6 und 7 wird der sekundäre Hebelarm 5 und damit der gesamte Hebel in der Mittelstellung gehalten. Zum Kippen des primären Hebelarms muss der Benutzer diese Kraft überwinden. Sie ist unter anderem abhängig von der Länge des sekundären Hebelarms 5, der Stärke der Magnete 6 bzw. 7 sowie dem Abstand zwischen den Magneten 6 und 7. Die Gegenkraft, die der Benutzer zum weiteren Kippen des primären Hebelarms 2 überwinden muss, ist in Figur 2 über der Auslenkung s des primären Hebelarms 2 aufgetragen.
  • Die Schnittdarstellung in Figur 1b zeigt das Bedienelement 1 mit leicht ausgelenktem primärem Hebelarm 2. Über die Kugel 4 wird die Kippbewegung des primären Hebelarms 2 auf den sekundären Hebelarm 5 übertragen. Diese Bewegung des Hebelarms 5 hat eine Relativbewegung der Magnete 6 und 7 zur Folge. In der in Figur 1b dargestellten Position des Hebels ist die Kraft, die zum weiteren Kippen des Hebels notwendig ist, größer als die Kraft, die zum Kippen des Hebels aus der in Figur 1 a dargestellten Position heraus notwendig ist. Ab der in Figur 1b dargestellten Auslenkung des Hebels ist die abstoßende Kraft zwischen den Nordpolen der Magnete 6 und 7 der anziehenden Kraft der ungleichen Pole der Magnete 6 und 7 entgegengerichtet. Dies bedeutet, dass die von dem Benutzer aufzubringende Kraft, um den Hebel weiter zu kippen, abnimmt. Diese Abnahme der Rückstellkraft gibt dem Benutzer eine haptische Rückmeldung darüber, dass der Schaltvorgang erfolgt ist.
  • In der in Figur 1c dargestellten Position des Hebels liegt der sekundäre Hebelarm 5 an dem Endanschlag 8 an. Der Endanschlag 8 bewirkt über den sekundären Hebelarm 5 und die Kugel 4 eine Begrenzung des Kippweges des primären Hebelarms 2. Bevorzugt ist der Endanschlag 8 elastisch ausgeführt, um eine sprunghaft ansteigende Gegenkraft zu verhindern. Durch die geringe Nachgiebigkeit des Materials des Endanschlags 8 erfolgt eine schnelle, aber stetige Zunahme der Gegenkraft.
  • Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil der Ausführungsform der Erfindung. Der Aufbau des Bedienelements entspricht dem aus Figur 1 mit einem zweiten sekundären Hebelarm 10 und einem zweiten Permanentmagnetpaar bestehend aus den Magneten 11 und 12. Ein Ende des zweiten sekundären Hebelarms 10 ist fest mit der Kugel 4 verbunden. Am anderen Ende des zweiten sekundären Hebelarms 10 ist der Permanentmagnet 11 angeordnet. Der Permanentmagnet 12 ist derart ortsfest im Gehäuse 9 angeordnet, dass in Mittelstellung des Hebels ein Luftspalt zwischen den Magneten 11 und 12 besteht und sich ungleiche Pole der Magnete 11 und 12 gegenüberstehen. Der primäre Hebelarm 2 zeigt aus der Zeichenebene heraus und wird von der Handhabe 3 verdeckt.
  • Zwischen jedem sekundären Hebelarm 5 beziehungsweise 10 und dem primären Hebelarm 2 sowie zwischen den beiden sekundären Hebelarmen 5 und 10 besteht jeweils ein rechter Winkel. Der Schwenkbereich des zweiten sekundären Hebelarms 10 wird durch in Figur 3 nicht dargestellte Endanschläge begrenzt.
  • Wird der primäre Hebelarm 2 nach links gekippt, so überträgt sich diese Kippbewegung über die Kugel 4 auf den ersten sekundären Hebelarm 5, wodurch sich der Magnet 6 aus der Zeichenebene herausbewegt. Ein Kippen des primären Hebelarms 2 nach rechts führt zu einer Bewegung des Magneten 6 in die Zeichenebene hinein. Diese Relativbewegung des Magneten 6 im Vergleich zum ortsfesten Magneten 7 erzeugt, wie im vorstehenden Beispiel beschrieben, eine vom Benutzer zu überwindende, von der aktuellen Auslenkung des Hebels abhängige'Gegenkraft. Dies gilt analog für die Kippbewegung des primären Hebelarms 2 nach oben oder unten, wodurch sich der am anderen Ende des zweiten sekundären Hebelarms 10 angeordnete Magnet 11 relativ zum ortsfesten Magneten 12 in die Zeichenebene hinein beziehungsweise aus der Zeichenebene hinaus bewegt. Somit ist ein Kippen des primären Hebelarms in vier Hauptrichtungen möglich. Ein Kippen des primären Hebelarms 2 in eine andere als eine der vier Hauptrichtungen hat zur Folge, dass sich beide Permanentmagnete 6 und 11 relativ zu den ortsfesten Magneten 7 bzw. 12 bewegen.
  • Figur 4 zeigt die seitliche Schnittdarstellung eines nicht erfindungsgemäßen Bedienelementes 13, bei dem eine Kugel 16 drehbar in einem Gehäuse 21 gelagert sowie mit einem primären Hebelarm 14 sowie einem sekundären Hebelarm 17 fest verbunden ist. Dabei bildet der sekundäre Hebelarm 17 die Verlängerung des primären Hebelarms 14. An einem Ende des primären Hebelarms 14 ist eine Handhabe 15 angeordnet, die optional die Funktionalität eines Drehstellers oder einer Drucktaste aufweist.
  • An dem der Kugel 16 abgewandten Ende des sekundären Hebelarms 17 ist ein runder Permanentmagnet 18 mit konzentrischen Polen angeordnet. Ein zweiter runder Permanentmagnet 19 mit konzentrischen Polen ist derart im ortsfest im Gehäuse 21 angeordnet, dass sich in Mittelstellung des Hebels ein Luftspalt zwischen den Magneten 18 und 19 bildet und sich ungleiche Pole der Magnete 18 und 19 gegenüberstehen. Eine Aufsicht des Magneten 19 ist in Figur 5 dargestellt.
  • Wird der primäre Hebelarm 14 aus seiner Mittelstellung ausgelenkt, so hat dies über die Kugel 16 und den sekundären Hebelarm 17 eine Relativbewegung zwischen den Magneten 18 und 19 zur Folge. Diese Relativbewegung hat, wie bereits anhand von Figur 1 und 2 beschrieben, eine von der Auslenkung des primären Hebelarms abhängige Gegenkraft zur Folge, die der Benutzer zum Kippen des Hebels überwinden muss. Der Vorteil der Ausbildung des sekundären Hebelarms 17 als Verlängerung des primären Hebelarms 14 und der Verwendung von runden Permanentmagneten liegt darin, dass ein Permanentmagnetpaar ausreicht, um für jede beliebige Kipprichtung des Hebels den gleichen Kraftverlauf zu erzeugen.
  • Die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen genannten. Ausführungsformen der Erfindung sind rein exemplarisch. So lassen sich andere Lager wie beilspielsweise eine Kreuzwippe zur Lagerung des Hebels verwenden. Die Richtungen, in die der Hebel kippbar ist, lassen sich beispielsweise mittels einer Kulisse beschränken. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in allen Figuren Mittel zur Detektion der Betätigung des Bedienelementes bzw. der Drucktaste weggelassen worden. Die Position des Permanentmagneten auf dem sekundären Hebelarm kann von den dargestellten Ausführungsformen abweichen. So ist es beispielsweise möglich, dass ein Permanentmagnet auf einer Seitenfläche anstatt auf der Stirnseite des sekundären Hebelarms angeordnet ist.

Claims (2)

  1. Bedienelement (1, 13), insbesondere Joystick, mit Kipphaptik für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen kippbar gelagerten Hebel mit einem primären (2, 14) und mindestens einem sekundären (5, 10, 17) Hebelarm, und mit mechanischen Endanschlägen zur Begrenzung des Bewegungsspielraums des sekundären Hebelarms (7) sowie mit mindestens einem Permanentmagnetpaar (15),
    durch gekennzeichnet, dass
    zwei sekundäre Hebelarme (5, 10) im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, und dass
    jeweils ein Magnet eines jeden Permanentmagnetpaares (6, 11, 18) an jedem sekundären Hebelarm (5, 10, 17) und jeweils ein Magnet (7, 12, 19) eines jeden Permanentmagnetpaares (6, 11, 18) ortsfest im Bedienelement angeordnet ist derart, dass sich in Mittelstellung des Bedienelementes (1, 13) ungleiche Pole der Magnete (6, 7, 11, 12, 18, 19) beabstandet gegenüberstehen.
  2. Bedienelement (1, 13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Hebelarm (2) im rechten Winkel zu den beiden sekundären Hebelarmen (5, 10) angeordnet ist.
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