EP2580631A1 - Bedienelement mit zwei schalt- oder regelstufen - Google Patents

Bedienelement mit zwei schalt- oder regelstufen

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EP2580631A1
EP2580631A1 EP11723955.8A EP11723955A EP2580631A1 EP 2580631 A1 EP2580631 A1 EP 2580631A1 EP 11723955 A EP11723955 A EP 11723955A EP 2580631 A1 EP2580631 A1 EP 2580631A1
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EP
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permanent magnet
operating element
permanent magnets
movement
switching
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Volker Gessner
Thilo Schultheis
Arthur Klossek
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Preh GmbH
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Preh GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05GCONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03Means 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H36/0073Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding actuated by relative movement between two magnets
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05GCONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/02Controlling members for hand actuation by linear movement, e.g. push buttons

Definitions

  • the invention relates to a control element for a control and / or switching function with at least two switching or control stages.
  • Such at least two-stage controls are known for example as a double-stroke or are used for example as automatic transmission preselector. It is known controls with multiple switching and / or control stages in
  • Engaging components such as latching components to realize.
  • Such controls are subject to wear, so that change with increasing wear, the feel and / or the position of the switching stages.
  • the invention relates to an operating element for at least two switching or control stages having switching and / or control functionality.
  • Control element has a manually operable and at least from a rest position movable operating part. According to the invention, therefore, a mobility of the operating part in two, three or four
  • the control element according to the invention comprises at least three permanent magnets: a first, movable permanent magnet, which is driven synchronously in its range of motion by the actuating part; a second, movable permanent magnet, which by magnetic force in a first portion of the
  • haptic feedback for the operator is achieved at least in a contactless and therefore wear-resistant manner.
  • the operating element is not restricted with regard to the detection of the movement of the operating part.
  • the permanent magnets are used only to generate a haptic feedback for the transition between the at least two switching and / control stages while the movement and / or position of the operating part to other technical the
  • means for detecting the movement and / or position of the first and second permanent magnets are provided to the
  • Movement of the operating part to assign a switching or control functionality preferably takes place without contact, for example by means of optical or magnetic sensors.
  • the permanent magnets are arranged in the rest position so that arranged at the next adjacent
  • Permanent magnets each unequal poles of the permanent magnets
  • the first and second permanent magnets are slidably mounted parallel to the polar direction.
  • the invention is not limited in terms of the design of the restoring force and its course.
  • the permanent magnets are designed and arranged so that in the first and second part of the region to generate a ratchet feel
  • Movement range of the first permanent magnet, the restoring force has a local maximum.
  • Actuator provided from all its possible positions in the rest position (monostable feedback).
  • Operating part or the first permanent magnet can be realized with relatively little design effort and space-saving, when the first permanent magnet between the other permanent magnets, so the first of the third permanent magnet is located next
  • the restoring force be selected so that an independent provision of the first permanent magnet and thus the operating part in the at least one end position or end position and the rest position is provided (bi- or multi-stable feedback).
  • means for contactless detection of the position of the first and / or second permanent magnet and an evaluation unit for generating a position-dependent signal are preferably provided.
  • the position detection can be done reliably and wear.
  • Magnetic sensor Haall sensor or a Reed sensor
  • the control element is advantageously used in a motor vehicle, for example as an automatic transmission selector lever.
  • FIGS. show a particularly preferred embodiment of the invention, but this is not limited thereto. They show schematically:
  • FIG. 1 shows the rest position of the operating part 4 of the control element 10 according to the invention, shown in a preferred embodiment
  • Fig. 2 the position of the actuating part 4 of Figure 1 during the transition from the first to the second switching or control stage.
  • the figures show in a simplified schematic representation of the operation of the haptic feedback of the control element 10 according to the invention.
  • the second and first permanent magnet 1, 2 are movably mounted parallel to the polar direction.
  • the first permanent magnet 1 is arranged between the second and third permanent magnets 2, 3. The movement of the first
  • Permanent magnet 1 is effected by an actuating part 4, which cooperates with the first permanent magnet 1 so that a synchronous
  • Permanent magnet 1 and thus the actuating part 4 causes the counteracts the manual operation and the actuator member 4 pushes back into the rest position shown in Fig. 1.
  • the special arrangement of the first and third permanent magnets 1, 3 causes a local maximum in
  • Resetting effect of the third permanent magnet 3 on the first 1 is influenced by the magnetic force due to the separation of the first 1 relative to the second permanent magnet.
  • the special arrangement of the first and second permanent magnets 1, 2 causes a local maximum in the deflection-dependent course of the restoring force (Polrucken), which acts as a kind of detent on the actuating part 4 in the kinetic transition to the transition in the in FIG. 3 end position is haptically noticeable.

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  • Mechanical Control Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement (10) für eine wenigstens zwei Schalt- oder Regelstufen aufweisende Schalt- und/oder Regelfunktionalität, aufweisend: ein händisch betätigbares und damit aus einer Ruhestellung bewegbares Betätigungsteil (4); wenigstens drei Permanentmagnete (1, 2, 3) umfassend: einen ersten, bewegbaren Permanentmagneten (1), der in seinem Bewegungsbereich von dem Betätigungsteil (4) synchron angetrieben wird; einen zweiten, bewegbaren Permanentmagneten (2), der durch Magnetkraft in einem ersten Teilbereich des Bewegungsbereichs des ersten Permanentmagneten (1) synchron von diesem mitgenommenen wird und dessen weitergehende Bewegung in wenigstens einem zweiten Teilbereich des Bewegungsbereichs des ersten Permanentmagneten (1) durch wenigstens einen Anschlag (5a) unterbunden ist; einen dritten, gegenüber dem Betätigungsteil (4) ruhenden Permanentmagneten (3) zur Erzeugung einer magnetischen Rückstell kraft auf wenigstens den ersten Permanentmagneten (1).

Description

Bezeichnung: Bedienelement mit zwei Schalt- oder Regelstufen
Die Erfindung betrifft ein Bedienelement für eine Regel- und/oder Schaltfunktion mit wenigstens zwei Schalt- oder Regelstufen. Derartige wenigstens zweistufige Bedienelemente sind beispielsweise als Doppelhubtaster bekannt oder werden beispielsweise als Automatikgetriebevorwahlhebel eingesetzt. Es ist bekannt, Bedienelemente mit mehreren Schalt- und/oder Regelstufen im
Bewegungsbereichs des Betätigungsteils durch mechanisch miteinander in
Eingriff stehende Komponenten, beispielsweise verrastende Komponenten, zu realisieren. Derartige Bedienelemente unterliegen dem Verschleiß, so dass mit zunehmender Abnutzung sich die Haptik und/oder die Position der Schaltstufen ändern.
Vor dem Hintergrund der Nachteile des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bedienelement mit wenigstens zwei Schaltstufen bereitzustellen, das verschleißarm und/oder in Bezug auf die haptische
Rückmeldung verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen
Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren,
charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich .
Die Erfindung betrifft ein Bedienelement für eine wenigstens zwei Schalt- oder Regelstufen aufweisende Schalt- und/oder Regelfunktionalität. Das
erfindungsgemäße Bedienelement weist ein händisch betätigbares und wenigstens aus einer Ruhestellung bewegbares Betätigungsteil auf. Erfindungsgemäß kann daher auch eine Beweglichkeit des Betätigungsteils in zwei, drei oder vier
Richtungen oder eine freie, lediglich durch einen Anschlag begrenzte Beweglichkeit des Betätigungsteils vorgesehen sein. Auch hinsichtlich der Art des Betätigungsteils und dessen Lagerung ist die Erfindung nicht eingeschränkt, beispielsweise handelt es sich um einen schwenkbeweglich gelagerten Hebel oder einen Drucktaster. Das erfindungsgemäße Bedienelement umfasst wenigstens drei Permanentmagnete: einen ersten, bewegbaren Permanentmagneten, der in seinem Bewegungsbereich von dem Betätigungsteil synchron angetrieben wird; einen zweiten, bewegbaren Permanentmagneten, der durch Magnetkraft in einem ersten Teilbereich des
Bewegungsbereichs des ersten Permanentmagneten synchron von diesem
mitgenommenen wird und dessen weitergehende Bewegung in wenigstens einem zweiten Teilbereich des Bewegungsbereichs des ersten Permanentmagneten durch wenigstens einen Anschlag unterbunden ist und einen dritten, gegenüber dem
Betätigungsteil ruhenden Permanentmagneten zur Erzeugung einer magnetischen Rückstellkraft auf wenigstens den ersten Permanentmagneten.
Durch die magnetische Wechselwirkung der Permanentmagnete wird zumindest auf berührunglose und damit verschleißarme Weise eine haptische Rückmeldung für den Bediener erreicht. Das Bedienelement ist hinsichtlich der Detektion der Bewegung des Bedienteils nicht eingeschränkt. In einer einfach Ausgestaltung dienen die Permanentmagnete lediglich der Erzeugung eines haptischen Feedbacks für den Übergang zwischen den wenigstens zwei Schalt- und/Regelstufen während die Bewegung und/oder Position des Betätigungsteils auf andere technisch dem
Fachmann geläufige Weise erfolgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind Mittel zur Detektion der Bewegung und/oder Position des ersten und zweiten Permanentmagneten vorgesehen, um der
Bewegung des Betätigungsteils eine Schalt- oder Regelfunktionalität zuzuordnen. Bevorzugt erfolgt diese Detektion berührungslos, beispielsweise mittels optischer oder magnetischer Sensoren.
Zur Erzeugung einer ausgeprägten Haptik sind die Permanentmagnete in der Ruhestellung so angeordnet, dass bei den nächstbenachbart angeordneten
Permanentmagneten sich jeweils ungleiche Pole der Permanentmagnete
gegenüberliegen.
Bevorzugt sind der erste und zweite Permanentmagnet parallel zu deren Polrichtung verschiebbar gelagert. Die Erfindung ist hinsichtlich der Auslegung der Rückstell kraft und deren Verlauf nicht eingeschränkt. Beispielsweise ist es in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass zur Erzeugung einer Rasthaptik die Permanentmagnete so ausgebildet und angeordnet sind, dass in dem ersten und zweiten Teilbereich des
Bewegungsbereichs des ersten Permanentmagneten die Rückstellkraft ein lokales Maximum aufweist.
In einer anderen Ausgestaltung ist eine selbstständige Rückstellung des
Betätigungsteils aus all seinen möglichen Stellungen in die Ruhestellung vorgesehen (monostabile Rückführung).
Die magnetisch bewirkte, insbesondere die monostabile, Rückführung des
Betätigungsteils bzw. des ersten Permanentmagneten lässt sich mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand und bauraumsparend realisieren, wenn der erste Permanentmagnet zwischen den weiteren Permanentmagneten, also der erste dem dritten Permanentmagneten am nächsten, angeordnet ist,
Ferner ist beispielsweise in einer weiteren Ausführungsform die Rückstellkraft so gewählt sein, dass eine selbstständige Rückstellung des ersten Permanentmagneten und damit des Betätigungsteils in die wenigstens eine Endlage oder Endposition und die Ruhestellung vorgesehen ist (bi- oder mehrstabile Rückführung).
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete
ausschließlich zur Rückstellung bzw. haptischen Rückmeldung vorgesehen sind. Zur Stellungsdetektion des Betätigungsteils können herkömmliche mechanische
Sensoren vorgesehen sein, die die Bewegung des Betätigungsteils detektieren.
Bevorzugt sind jedoch Mittel zur berührungslosen Detektion der Stellung des ersten und/oder zweiten Permanentmagneten und eine Auswerteinheit zur Erzeugung eines stellungsabhängigen Signals vorgesehen. Dadurch kann die Stellungsdetektion zuverlässig und verschleißarm erfolgen. Beispielsweise ist wenigstens ein optischer Sensor (Lichtschranke oder ein optischer Encoder) oder wenigstens ein
Magnetsensor (Hallsensor oder ein Reedsensor) vorgesehen. Das Bedienelement findet vorteilhaft Verwendung in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise als Automatikgetriebevorwahlhebel.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch :
Fig. 1 : die Ruhestellung des Betätigungsteils 4 des erfindungsgemäßen, in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigten Bedienelements 10;
Fig. 2 : die Stellung des Betätigungsteils 4 aus Fig. 1 beim Übergang von der ersten zur zweiten Schalt- bzw. Regelstufe;
Fig. 3 : die Endstellung des Betätigungsteils 4 aus Fig. 1.
Die Figuren zeigen in einer vereinfachten Prinzipdarstellung die Arbeitsweise der haptischen Rückmeldung des erfindungsgemäßen Bedienelements 10. Es sind drei Permanentmagnete 1, 2, 3 vorgesehen, die beabstandet zueinander oder aneinander angrenzend, wie gezeigt, so angeordnet sind, dass in der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung des Bedienelements 10 ungleichnamige Pole benachbart sind. Der zweite und erste Permanentmagnet 1, 2 sind parallel zur Polrichtung beweglich gelagert. Der erste Permanentmagnet 1 ist zwischen dem zweiten und dritten Permanentmagneten 2, 3 angeordnet. Die Bewegung des ersten
Permanentmagneten 1 wird durch ein Betätigungsteil 4 bewirkt, das mit dem ersten Permanentmagneten 1 so zusammenwirkt, dass eine synchrone
Bewegung beider, insbesondere bei Betätigung des Betätigungsteils 4, erfolgt. Durch die Bewegung des ersten Permanentmagneten 1 relativ zu dem ruhenden Permanentmagneten 3 wird eine Rückstellungskraft des ersten
Permanentmagneten 1 und damit des Betätigungsteils 4 bewirkt, die der händischen Betätigung entgegenwirkt und das Betätigungsteil 4 in die in Fig. 1 gezeigte Ruhestellung zurückdrängt. Die spezielle Anordnung des ersten und dritten Permanentmagneten 1, 3 bewirkt ein lokales Maximum im
auslenkungsabhängigen Verlauf der Rückstellkraft (Polrucken) was als eine Art Rast am Betätigungsteil 4 haptisch merkbar ist. Durch die magnetische Kopplung nimmt der erste Permanentmagneten 1 den zweiten Permanentmagneten 2 mit, bis letzerer an seinem Anschlag bzw. seiner Wegbegrenzung 5a zum Anliegen kommt, wie es in Fig . 2 gezeigt ist. Der Anschlag 5a begrenzt den Bewegungsbereich des zweiten Permanentmagneten 2 auf einen im Vergleich zu dem des ersten Permanentmagneten 1 kleineren Umfang, so dass ab hier im weiteren Bewegungsverlauf des ersten Permanentmagneten 1 die
Rückstellwirkung des dritten Permanentmagneten 3 auf den ersten 1 durch die magnetische Kraft aufgrund der Trennung des ersten 1 gegenüber dem zweiten Permanentmagneten beeinflusst wird. Auch hier bewirkt die spezielle Anordnung des ersten und zweiten Permanentmagneten 1, 2 ein lokales Maximum im auslenkungsabhängigen Verlauf der Rückstellkraft (Polrucken), was als eine Art Rast am Betätigungsteil 4 im kinetischen Übergang hin zum Übergang in der in Fig . 3 gezeigten Endstellung haptisch merkbar ist.

Claims

Ansprüche:
1. Bedienelement (10) für eine wenigstens zwei Schalt- oder Regelstufen aufweisende Schalt- und/oder Regelfunktionalität, aufweisend: ein händisch betätigbares und damit aus einer Ruhestellung bewegbares Betätigungsteil (4);
wenigstens drei Permanentmagnete (1 , 2, 3) umfassend:
einen ersten, bewegbaren Permanentmagneten (1), der in seinem Bewegungsbereich von dem Betätigungsteil (4) synchron angetrieben wird;
einen zweiten, bewegbaren Permanentmagneten (2), der durch Magnetkraft in einem ersten Teilbereich des Bewegungsbereichs des ersten Permanentmagneten (1) synchron von diesem mitgenommenen wird und dessen weitergehende Bewegung in wenigstens einem zweiten Teilbereich des Bewegungsbereichs des ersten
Permanentmagneten (1) durch wenigstens einen Anschlag (5a) unterbunden ist;
einen dritten, gegenüber dem Betätigungsteil (4) ruhenden Permanentmagneten (3) zur Erzeugung einer magnetischen Rückstellkraft auf wenigstens den ersten Permanentmagneten (1).
2. Bedienelement (10) gemäß Anspruch 1 ,
wobei die Permanentmagnete (1 , 2, 3) in der Ruhestellung so angeordnet sind, dass bei den nächstbenachbart angeordneten Permanentmagneten (1 , 2, 3) sich jeweils ungleiche Pole der Permanentmagnete (1 , 2, 3) gegenüberliegen.
3. Bedienelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste und zweite Permanentmagnet (1 , 2) parallel zu deren Polrichtung verschiebbar gelagert sind.
4. Bedienelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Permanentmagnete (1 , 2, 3) so ausgebildet und angeordnet sind, dass in dem ersten und zweiten Teilbereich des Bewegungsbereichs des ersten Permanentmagneten (1) die Rückstellkraft jeweils ein lokales Maximum aufweist.
5. Bedienelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Betätigungsteil (4) in wenigstens zwei Richtungen aus der Ruhestellung bewegbar ist.
6. Bedienelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Permanentmagnet (1) zwischen den weiteren
Permanentmagneten (2, 3) angeordnet ist.
7. Bedienelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Permanentmagnete (1 , 2, 3) so ausgebildet und angeordnet sind, dass jeweils zwei bistabile Endlagen des ersten und/oder zweiten
Permanentmagneten (1 , 2) vorgesehen sind.
8. Bedienelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln zur berührungslosen Detektion der Stellung des ersten und/oder zweiten Permanentmagneten und einer Auswerteinheit.
9. Bedienelement (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Mittel zur berührungslosen Detektion einen optischen und/oder
magnetischen Sensor umfassen.
10. Verwendung des Bedienelements (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise als
Automatikgetriebevorwahlhebel.
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