EP3507813B1

EP3507813B1 - Steuerbarer drehknopf

Info

Publication number: EP3507813B1
Application number: EP17761244.7A
Authority: EP
Inventors: Michael Sternad; Ernst Stöttinger
Original assignee: Zulu Og
Current assignee: Zulu Og
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2037-09-01
Also published as: EP3507813A1; US20190198202A1; WO2018041991A1; EP3291248A1; US10460860B2

Description

Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Drehknopf, welcher zumindest einen Sockel, zumindest eine mit dem Sockel starr verbundene Antriebseinheit, zumindest ein Getriebe, sowie ein Bedienteil aufweist, wobei das Bedienteil als die Antriebseinheit und das Getriebe umgebendes Gehäuse ausgeführt ist.
Ein derartiger steuerbarer Drehknopf wird beispielsweise als Aufsatz für Drehpotentiometer oder Drehschalter verwendet. Diese Elemente sind elektrotechnische Bauteile, welche durch mechanische Drehbewegung einstellbar sind. Sie weisen eine Welle auf, welche beispielsweise im Fall eines Drehpotentiometers mit einem Potentiometer kombiniert sind. Der elektrische Widerstand des Potentiometers lässt sich durch mechanische Drehung der Drehwelle variieren, was eine Anwendung als Steuerelement für elektronische Geräte zulässt. Es sind beispielsweise auch digitale Drehknöpfe am Markt vorhanden, welche dem selben mechanischen Einstellprinzip folgen. Diese Art von Drehknöpfen wird zur Steuerung einer Vielzahl von Parametern, je nach Anwendungsfall, herangezogen, wie Lautstärke, Temperatur, Signalpegel, Leistung, usw..
Aus der notwendigen manuellen Steuerung von derartigen Drehknöpfen ergibt sich allerdings die Herausforderung, dass insbesondere bei Anwendung an elektronischen Geräten welche eine Vielzahl von Drehknöpfen aufweisen, wie beispielsweise Audio-Mischpulte, Audio-Effektgeräte, manchen Musikinstrumenten oder auch Schalttafeln und Eingabeschnittstellen bei Industrie- und Fertigungsanlagen, eine schnelle, benutzerfreundliche Steuerung und Regelung aller Parameter, welche durch Drehknöpfe angesteuert werden, nicht möglich ist. Des Weiteren ist es aufwendig, durch die manuelle Einstellung einer Vielzahl von Drehknöpfen einen vorherigen Zustand zu reproduzieren.
Das Dokument AT 510249 B1 offenbart zur Lösung dieses Problems einen steuerbaren Drehregler, welcher auf die Welle eines Drehknopfes aufgesetzt und mit dem Gehäuse des elektronischen Gerätes, an welchem der Drehregler eingesetzt wird, verbunden wird. Dieser weist eine Antriebseinheit sowie ein Getriebe auf, welches erlaubt, dass der Drehregler ohne manuelle Bedienung durch den Benutzer automatisiert und fernbedienbar eingestellt werden kann. Der in der AT 510249 B1 offenbarte Drehregler bietet die Möglichkeit, in einem System einer Vielzahl von gleichartigen Drehreglern eingesetzt zu werden und somit auch komplexe Einstellungen an Geräten vorzunehmen.
Als nachteilig hat sich in derartigen Konstruktionen erwiesen, dass der Motor und die weiteren Komponenten innerhalb des Drehknopfs einen großen Platzbedarf aufweisen. Hierdurch erhöhen sich die äußeren Abmessungen, wodurch das Erscheinungsbild negativ beeinflusst wird. Des Weiteren wird die Anbringung auf Geräten mit geringen Abständen zwischen den Drehknöpfen oder der Vorgabe geringer Einbauhöhen erschwert.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen steuerbaren Drehknopf zu bilden, der die Nachteile der oben genannten Konstruktion vermeidet.
Erfindungsgemäß wird die vorliegende Aufgabe durch den im Anspruch 1 angegebenen steuerbaren Drehknopf gelöst.
Durch den axialsymmetrischen Aufbau der Antriebseinheit und die koaxiale Anordnung von Antriebseinheit und Bedienteil wird der Vorteil erreicht, dass der Platz innerhalb des als Gehäuse ausgeführten Bedienteils optimal genutzt wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise ermöglicht, die Abmessungen des erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs im Vergleich mit herkömmlichen steuerbaren Drehknöpfen zu reduzieren. Die Verbindung mit der Drehwelle ist konzentrisch möglich. Durch den axialsymmetrischen Aufbau der Antriebseinheit ist es möglich, entweder Rotor oder Stator innenliegend, nahe der Welle des Drehknopfes, auszuführen.
Zur Verbindung des erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs mit der Welle eines herkömmlichen Drehknopfes ist in einer Ausführungsvariante ein Verbindungselement im steuerbaren Drehknopf vorhanden, welches durch eine variable Ausgestaltung die Möglichkeit bietet, Wellen mit verschiedenen Außenabmessungen und Formen aufzunehmen. Dieses ist ebenfalls koaxial zu der Antriebseinheit ausgeführt.
Weiters wird durch die Ausführung des Getriebes als Planetengetriebe ermöglicht, eine variable Übersetzung zwischen Antriebseinheit, Bedienteil sowie Verbindungselement zu realisieren. Dies bietet den Vorteil, dass durch die Wahl der Übersetzung die Welle des Drehknopfes sehr sensibel entweder manuell durch Drehen des Bedienteils oder automatisiert durch die Antriebseinheit angesteuert werden kann. Eine weitere Übersetzung des Getriebes durch Übersetzung des Planetenrades ist möglich, wobei die Zähnezahl des Planetenrades bei welchem das Hohlrad angreift, ungleich derer ist, wo das Sonnenrad angreift.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die Möglichkeit geschaffen wird, eine automatisierte Einstellung mittels des Antriebselements jederzeit durch den Benutzer manuell zu überbrücken. Zwischen dem Bedienteil und der Aufnahme der Welle besteht eine mechanische Verbindung, welche nicht über das Getriebe definiert ist und welche auch bei elektrisch spannungsfreiem Zustand des Drehknopfes eine Bedienung erlaubt. Diese Bedienung ist drehrichtungsgleich mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1 zwischen Bedienteil und Aufnahme der Welle möglich.
Das als Gehäuse ausgeführte Bedienteil des erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs steht lösbar mit dem Getriebe in Verbindung. Diese Konstruktion ermöglicht vorteilhafterweise die Abnehmbarkeit des Bedienteils und den Austausch des Bedienteils durch einen Ersatz mit beispielsweise einer alternativen Farbe oder Oberflächenbeschaffenheit oder aus einem alternativen Material.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs sowie alternative Ausführungsvarianten werden in weiterer Folge anhand der Figuren näher erläutert.

Figur 1a zeigt einen Schnitt durch die Mittelebene eines erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs.
Figur 1b zeigt eine Explosionszeichnung in isometrischer Ansicht eines erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs aus Figur 1a.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs in einer schematischen Darstellung mit einem Getriebe, einer Antriebseinheit, einem Gehäuse sowie einem Verbindungselement.
Figur 3a zeigt eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs in einer isometrischen Ansicht mit integriertem Anzeige- und Eingabeelement.
Figur 3b zeigt einen Schnitt durch die Mittelebene des in Figur 3a dargestellten steuerbaren Drehknopfs.
Figur 4a zeigt eine Explosionszeichnung in isometrischer Ansicht einer alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs.
Figur 4b zeigt einen Schnitt durch die Mittelebene des in Figur 4a dargestellten steuerbaren Drehknopfs.
Figur 5a zeigt eine Explosionszeichnung in isometrischer Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs.
Figur 5b zeigt einen Schnitt durch die Mittelebene des in Figur 5a dargestellten steuerbaren Drehknopfs.
Figur 6 zeigt eine schematische Ansicht der Anwendung einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Drehknöpfen mit Netzwerkanbindung gemäß einer Ausführungsvariante.

Die Figur 1a zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopf 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante mit einem Sockel 2, welcher mit einer Antriebseinheit 3 starr verbunden ist, einem Getriebe 4, welches in der dargestellten bevorzugten Ausführungsvariante an dem, dem Sockel 2 gegenüberliegenden Ende der Antriebseinheit 3 dargestellt ist, einem Bedienteil 5, welches als die übrigen Elemente des steuerbaren Drehknopfs 1 umgebendes Gehäuse ausgeführt ist sowie einem Verbindungselement 6, welches in der Zentralachse des steuerbaren Drehknopfs 1 angeordnet ist. Es ist zu erwähnen, dass die Anordnung des Getriebes 4 auch in der Nähe des Sockels 2 erfolgen kann.
Das Verbindungselement 6 weist eine Form auf, welche es erlaubt eine Drehknopfwelle 12, beispielsweise eines Drehpotentiometers, durch das Verbindungselement 6 aufzunehmen. Unterschiedliche Ausgestaltungsformen des Verbindungselements 6 ermöglichen vorteilhafterweise die Aufnahme von Wellen 12 mit verschiedenen Formen und Abmessungen wie beispielsweise Zapfwellen, Wellen mit Nuten, etc.
Der Sockel 2 dient zur Fixierung des steuerbaren Drehknopfs 1 auf der Oberfläche des zu steuernden Geräts. Diese kann beispielsweise mittels Kleben, Schrauben, Nieten, Saugnäpfen oder magnetisch erfolgen. Weitere Befestigungsmöglichkeiten ergeben sich für den Fachmann aus diesem beispielhaften Verweis. Hierdurch kann der steuerbare Drehknopf 1 auf verschiedenen Oberflächen, auch ohne die Notwendigkeit von beispielsweise Montagelöchern, befestigt werden.
Die in Figur 1 dargestellte Antriebseinheit 3 ist ein Hohlwellen DC-Motor, dessen axialsymmetrischer Aufbau es ermöglicht, die Antriebseinheit 3 koaxial um das Verbindungselement 6 anzuordnen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante kann an Stelle eines Hohlwellen-DC-Motor eine Anzahl von Schrittmotoren-, Synchron- oder Asynchronmotoren in regelmäßigen Abständen um die Zentralachse des steuerbaren Drehknopfs 1 herum angeordnet werden, deren Abtriebswellen mit dem Getriebe 4 verbunden sind, was eine höhere Flexibilität in der Auswahl der Antriebsarten erlaubt.
Der axialsymmetrische Aufbau der Antriebseinheit 3 bietet den Vorteil, den zur Verfügung stehenden Raum innerhalb des Bedienteils 5 optimal zu nutzen, wodurch eine Reduktion der Baugröße des steuerbaren Drehknopfs 1 erreicht wird.
Figur 1b zeigt eine Explosionszeichnung eines steuerbaren Drehknopfes gemäß Figur 1a, wobei beispielhaft ein Drehschalter 16 mit zugehöriger Welle 12 dargestellt ist, auf welche der erfindungsgemäße steuerbare Drehknopf 1 aufgesetzt wird. Das Verbindungselement 6 (siehe Figur 1a) wird in dieser Darstellung vom Mantel des Bedienteils 5 verdeckt und ist somit nicht dargestellt. Die mechanische Verbindung zwischen dem Bedienteil 5 und dem Verbindungselement 6 (siehe Figur 1a und 1b) ist zur leichteren Übersicht nicht dargestellt.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs 1 in einer schematischen Darstellung, wobei eine bevorzugte Ausführungsvariante des steuerbaren Drehknopfs 1 mit einem Getriebe 4 in Form eines zweistufigen Planetengetriebes sowie einem Hohlwellen-Schrittmotor als Antriebseinheit 3 dargestellt wird. Die Verwendung eines Planetengetriebes erlaubt eine besonders platzsparende Unterbringung des Getriebes 4 im zur Verfügung stehenden Raum innerhalb des Bedienteils 5.
Der Rotor der Antriebseinheit 3 ist in der dargestellten Ausführungsvariante mit einem ersten Sonnenrad 7 verbunden. Dieses steht mit einem ersten Planetenrad 8 in Eingriff. Das erste Planetenrad 8 steht mit einem Hohlrad 9 in Eingriff, welches mit dem Bedienteil 5 verbunden ist, wodurch die Rotationsbewegung des Antriebselements 3 auf das Bedienteil 5 übertragen wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante kann das Bedienteil 5 auf seiner Innenseite in der Kontaktebene mit dem ersten Planetenrad 8 als Ersatz für das Hohlrad 9 zahnradförmig ausgebildet sein. Diese Ausgestaltungsmöglichkeiten des Bedienteils 5 bieten den Vorteil, dass es vom Getriebe 4 separierbar ist und durch alternative Bedienteile 5, mit beispielsweise einer alternativen Farbe oder Oberflächenbeschaffenheit oder durch Bedienteile 5 aus einem alternativen Material, ersetzt werden kann.
Ein zweites Planetenrad 10 steht in Figur 2 an der dem Hohlrad 9 gegenüberliegenden Seite des ersten Planetenrades 8 mit dem ersten Planetenrad 8 in Eingriff und überträgt die Rotationsbewegung auf ein zweites Sonnenrad 11, welches mit dem Verbindungselement 6 verbunden ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante wird die Funktion des zweiten Sonnenrades 11 durch eine zahnradförmige Ausbildung des Verbindungselements 6 in der Ebene des zweiten Planetenrads 10 gewährleistet.
Durch die Wahl der Übersetzung des Planetengetriebes wird eine besonders feine Steuerung der Drehbewegung der Drehknopfwelle 12 ermöglicht, wobei dieses bei Anwendung eines zweistufigen Planetengetriebes, wie in Figur 2 dargestellt, unterschiedliche Übersetzungen zwischen Bedienteil 5, Antriebseinheit 3 und Verbindungselement 6 bzw. Drehknopfwelle 12 zulässt.
Bei der Verwendung von Gleichstrommotoren oder Asynchronmotoren in alternativen Ausführungsvarianten wird die Funktion des ersten Sonnenrades 7 entweder durch eine direkte Verbindung der Abtriebswellen mit jeweils einem, jedem Motor zugeordneten ersten Planetenrad 8, oder mittels einer zahnradförmigen Ausbildung der Abtriebswellen der Gleichstrom- oder Asynchronmotoren übernommen. Eine direkte Verbindung der Abtriebswellen der Motoren mit dem ersten Planetenrad 8 ist in einer alternativen Ausführungsvariante realisiert, wobei diese Flexibilität der Verbindungsmöglichkeiten der Antriebseinheit 3 mit dem Getriebe 4 den Einsatz der genannten unterschiedlichen Antriebsarten ermöglicht.
Es sind ebenfalls alternative Ausführungsvarianten möglich, z.B. unter der Verwendung eines einstufigen Planetengetriebes, bei dem das zweite Planetenrad 10 entfällt und eine direkte Verbindung zwischen Bedienteil 5 und Verbindungselement 6 besteht.
Die Abtriebswellen können in einer weiteren alternativen Ausführungsvariante direkt in die ortsfesten Planetenräder oder auf ein gemeinsames Sonnenrad eingreifen.
Durch die starre Verbindung von Getriebe 4, Bedienteil 5, Antriebseinheit 3 und Verbindungselement 6 wird vorteilhaferweise die Möglichkeit geschaffen, eine automatisierte Einstellung mittels der Antriebseinheit 3 jederzeit durch den Benutzer manuell zu überbrücken. Außerdem ermöglicht dies, bei Ausfall der Stromversorgung des steuerbaren Drehknopfs 1, die Beibehaltung der Funktionalität eines herkömmlichen Drehknopfes sicherzustellen. Die Planetenräder des Getriebes 4 weisen eine in Bezug auf den Sockel 2 feststehende Drehachse 13 auf, wodurch die Führung von Kabeln zur Energieversorgung und Datenübertragung innerhalb des steuerbaren Drehknopfes 1 vereinfacht wird. Besonders der Vorteil, dass keine mechanische Verbindung zwischen Bedienteil 5 und Verbindungselement 6 notwendig ist, ermöglicht es, z.B. Kabelführungen zwischen den Planentenrädern durchzuführen, ohne bei Drehwinkeln nahe bzw. über 360 Grad eine Kollision zwischen Planetenrad, durchgeführtem Kabel und der mechanischen Verbindung zwischen Bedieneinheit 5 und Verbindungselement 6 zu befürchten. Die getrennte Lagerung von Bedienteil 5 und Verbindungselement 6 ist in dieser Variante notwendig.
Figur 3a zeigt eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs 1 in einer isometrischen Ansicht mit Sockel 2, Antriebseinheit 3, einem Getriebe 4 in Form eines Planetengetriebes, abgenommenem Bedienteil 5 sowie einer Anzeige- und Eingabeeinheit 14 mit den zugehörigen Anzeigeelementen 15. Weiters ist beispielhaft ein Drehschalter 16 mit Drehknopfwelle 12 dargestellt, auf welche der steuerbare Drehknopf 1 aufgesetzt wird.
In der dargestellten Ausführungsvariante besitzt das Bedienteil 5 eine durchsichtige Fläche 21 an dem im zusammengesetzten Zustand dem Sockel 2 gegenüberliegenden Ende. Direkt angrenzend an diese Fläche 21 liegt innerhalb des Bedienteils 5 die Anzeige- und Eingabeeinheit 14, welche in der dargestellten Ausführungsvariante eine Anzahl an Anzeigeelementen 15 enthält, welche durch die durchsichtige Fläche 21 sichtbar sind. Die Anzeige- und Eingabeeinheit 14 dient zur Steuerung der Anzeigeelemente 15 auf Basis von an die Anzeige- und Eingabeeinheit 14 übertragener Anzeigeinformation.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante enthält die Anzeige- und Eingabeeinheit 14 neben Anzeigeelementen 15, zusätzlich oder stattdessen, zumindest ein Eingabeelement, welches auf Berührungen durch den Benutzer reagiert, wobei bei einer Benutzerinteraktion mit dem Eingabeelement Eingabeinformation durch die Anzeige- und Eingabeeinheit 14 erzeugt wird. Das Anzeigeelement 15 kann z.B. als LED-Ring, eReader Display, OLED Display oder TFT Display ausgeführt sein. Des Weiteren kann das Anzeigeelement 15 einen Lautsprecher umfassen. Die Eingabeeinheit kann z.B. ein Touch-Bedienfeld, Näherungssensor, Taster, ein Fingerabdrucksensor, eine Kamera, ein Mikrophon, oder Schalter sein. Die Anzeige- und Eingabeeinheit 14 kann ebenfalls in der Nähe des Sockels 2 angeordnet sein, wie in Figur 4a dargestellt.
Hierdurch wird ermöglicht, dass neben der Eingabemöglichkeit durch die, in weiterer Folge beschriebene, Drehung des steuerbaren Drehknopfs 1, zusätzlich eine weitere Eingabemöglichkeit geschaffen wird, und darüber hinaus eine optische Repräsentation des Zustandes, relevanten Informationen wie Bildern, Text o.ä. bzw. der Einstellung des steuerbaren Drehknopfs 1 geschaffen wird. Des Weiteren können durch das Anzeigeelement 15 grafische Muster angezeigt werden, welche für Augmented Reality Anwendungen verwendet werden können. Die aktuelle Funktion des Drehknopfes 1 kann hierbei beispielsweise durch eine Kamera ausgelesen und bestimmt werden. Durch farbige Leuchtelemente kann neben den grafischen Mustern, welche zum Beispiel in einer Farbe dargestellt werden, eine zweite Farbe zur Ausgabe von Information vorgesehen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann die Anzeige- und Eingabeeinheit 14 des Weiteren als Eingabeelemente eine Kamera und/oder ein Mikrofon zur Generierung von Eingabeinformation umfassen. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen mittels der Kamera einen Näherungssensor zu realisieren, wobei die Kamera genutzt werden kann um die Annäherung eines Gegenstands, wie beispielsweise der Hand eines Benutzers zu detektieren. Dies führt zu einer zusätzlichen Eingabemöglichkeit, welche beispielsweise zur Inbetriebnahme des Drehknopfes 1 genutzt werden kann. Zusätzlich kann die Kamera zur Bereitstellung einer Augenerkennung und das Mikrofon als Eingabegerät für Eingabeinformation, welche durch eine Spracherkennung generiert wird, genutzt werden, wobei ein Feedback über das Anzeigeelement 15 ausgegeben werden kann. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen den erfindungsgemäßen Drehknopf 1 berührungsfrei durch Sprachbefehle zu steuern.
Des Weiteren beinhaltet der in Figur 3a dargestellte steuerbare Drehknopf 1 gemäß einer Ausführungsvariante eine Positionsgebereinheit 20, welche entweder mit dem Bedienteil 5, dem Getriebe 4, dem Rotor der Antriebseinheit 3 oder dem Verbindungselement 6, welches in Figur 3a nicht dargestellt ist, verbunden ist. Diese dient dazu, Positionsinformation zu generieren, welche die jeweils aktuelle Position der einzelnen Elemente des steuerbaren Drehknopfs 1 abbildet. Die Positionsgebereinheit 20 dient somit ebenfalls zur Erkennung von Positionsänderungen des Bedienteils 5, hervorgerufen durch Verdrehen durch den Benutzer. Die Positionsgebereinheit 20 kann sowohl in der Nahe des Sockels 2, als auch an dem Sockel gegenüberliegenden Ende der Antriebseinheit 3 angeordnet sein. Die Verwendung von absoluten und relativen Positionsdetektionen ist möglich.
Zusätzlich ist eine Steuerungseinheit 22 vorhanden, welche auf Basis von Steuerinformation die Antriebseinheit 3 steuert, um eine Positionsänderung der Antriebseinheit 3 und der mit dieser über das Getriebe 4 verbundenen Komponenten des steuerbaren Drehknopfs 1 zu bewirken.
Zusätzlich weist der steuerbare Drehknopf 1 eine Kommunikationseinheit 23 sowie eine Kontrolleinheit 24 auf.
Die Kontrolleinheit 24 ist hierbei mit der Positionsgebereinheit 20, der Steuerungseinheit 22 der Anzeige- und Eingabeeinheit 14 sowie der Kommunikationseinheit 23 verbunden und dazu eingerichtet, Positionsinformation von der Positionsgebereinheit 20, Eingabeinformation von der Anzeige- und Eingabeeinheit 14 und Steuerinformation, Anzeigeinformation, Positionsinformation, sowie Eingabeinformation von der Kommunikationseinheit 23 zu empfangen, Steuerinformation, und Anzeigeinformation, zu generieren und Steuerinformation an die Steuerungseinheit 22, Anzeigeinformation an die Anzeige- und Eingabeeinheit 14 sowie Anzeigeinformation, Positionsinformation, Steuerinformation und Eingabeinformation an die Kommunikationseinheit 23 zu übertragen. Die Kontrolleinheit kann Speicher- und Recheneinheiten aufweisen. Es ist möglich, die Steuerungseinheit 22, die Kommunikationseinheit 23 und die Kontrolleinheit 24 außerhalb des Drehknopfes 1 anzubringen und z.B. kabelgeführt mit dem Drehknopf 1 zu verbinden.
Die Kommunikationseinheit 23 dient zum Austausch von Steuerinformation, Positionsinformation, Anzeigeinformation und Eingabeinformation mit der Kontrolleinheit 24 und zur drahtlosen bzw. drahtgebundenen Übertragung dieser an ein Datennetzwerk.
Durch die Ausstattung des erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopfs 1 mit diesen zuvor genannten Komponenten wird erreicht, dass der steuerbare Drehknopf 1 als einzelner steuerbarer Drehknopf 1 an einem Drehknopf bzw. als Teil einer Gruppe von gleichartigen steuerbaren Drehknöpfen 1 an beispielsweise einem Mischpult oder einem anderen Gerät mit vielen Drehknöpfen eingesetzt werden kann. Bei einer Anwendung als Teil einer Gruppe von steuerbaren Drehknöpfen 1 können durch Austausch der vorgenannten Daten komplexe Steuerungs- und Einstellungsaufgaben durch erfindungsgemäße steuerbare Drehknöpfe 1 übernommen werden.
Die Steuerungseinheit 22, die Kommunikationseinheit 23, sowie die Kontrolleinheit 24 befinden sich in der in Figur 3a dargestellten Ausführungsvariante mit der Positionsgebereinheit 20 gemeinsam auf einer Platine unterhalb der Antriebseinheit 3. Es ist allerdings ebenfalls möglich, sowohl die Positionsgebereinheit 20 als auch die weiteren genannten Komponenten wie dargestellt unterhalb der Antriebseinheit 3 als auch oberhalb oder in einer Kombination davon auszuführen.
Figur 3b zeigt einen Schnitt durch die Mittelebene des in Figur 3a dargestellten steuerbaren Drehknopfs. Hierbei ist ebenfalls das Verbindungselement 6 dargestellt, welches in Figur 3a durch das Bedienteil 5 verdeckt ist.
Figur 4a zeigt eine alternative Ausführungsvariante des steuerbaren Drehknopfs 1, wobei im Vergleich zu Figur 3a eine weitere Anzeige- und Eingabeeinheit 14 mit Anzeigeelementen 15 in der Nähe des Sockels 2 des steuerbaren Drehknopfs 1 angeordnet ist, welche durch entsprechende Ausnehmungen des Bedienteils 5 von außen sichtbar sind.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist nur eine Anzeige- und Eingabeeinheit 14 vorhanden, welche an der Position der unteren Anzeige- und Eingabeeinheit 14 in Figur 4a angeordnet ist.
Figur 4b zeigt einen Schnitt durch die Mittelebene des in Figur 4a dargestellten steuerbaren Drehknopfs. Hierbei ist ebenfalls das Verbindungselement 6 dargestellt, welches in Figur 4a durch das Bedienteil 5 verdeckt ist. Die mechanische Verbindung zwischen dem Bedienteil 5 und dem Verbindungselement 6 (siehe Figur 1a und 1b) ist zur leichteren Übersicht nicht dargestellt.
Figur 5a zeigt eine weitere alternative Ausführungsvariante des steuerbaren Drehknopfs 1, wobei im Vergleich zu Figur 3a sowie Figur 4a eine alternative Form des Bedienteils 5 verwendet wird, um eine Anzeige- und Eingabeeinheit 14 aufzunehmen, welche beispielsweise als berührungsempfindliches OLED Display, eReader Display, TFT Display, Touch-Bedienfeld und dergleichen ausgeführt ist.
Figur 5b zeigt einen Schnitt durch die Mittelebene des in Figur 5a dargestellten steuerbaren Drehknopfs. Hierbei ist ebenfalls das Verbindungselement 6 dargestellt, welches in Figur 5a durch das Bedienteil 5 verdeckt ist. Die mechanische Verbindung zwischen dem Bedienteil 5 und dem Verbindungselement 6 (siehe Figur 1a und 1b) ist zur leichteren Übersicht nicht dargestellt.
Es ist zu erwähnen, dass bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen durch die Integration von Eingabeelementen in den steuerbaren Drehknopf, bei der Verwendung von einem oder mehreren Anzeigeelementen 15 in Form von beispielsweise LED Ringen eine adaptive Ansteuerung der Anzeigeelemente 15 an den verschiedenen Positionen des steuerbaren Drehknopfs ermöglicht wird. Hierbei ändert zumindest eines der Anzeigeelemente 15 beispielsweise seine Farbe, wird aus- oder eingeschalten. Des Weiteren ist je nach Ausführung des Eingabeelements eine "Klick-Funktion" zu realisieren, die dem Benutzer ein zusätzliches haptisches Feedback liefert. Die Eingabe kann beispielsweise eine Änderung des Betriebsmodus des steuerbaren Drehknopfs zur Folge haben oder eine softwaregesteuerte Reaktion hervorrufen.
Figur 6 zeigt eine schematische Ansicht der Anwendung einer Vielzahl von erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknöpfen 1 an einem oder mehreren Geräten, wobei jeder der steuerbaren Drehknopf 1 Steuerinformation, Positionsinformation, Anzeigeinformation und Eingabeinformation mit einer gemeinsamen Schnittstelle 17 austauscht.
Diese Schnittstellen 17 sind mittels Netzwerkanbindung mit einem Netzwerkhub 18 verbunden, welcher wiederum die Daten des Verbundes aus steuerbaren Drehknöpfen 1 an ein Datennetzwerk, wie beispielsweise das Internet, weiterleitet oder mittels beispielsweise Bluetooth oder WLAN oder einer kabelgebundenen Datenverbindung mit einem Endgerät 19 in Verbindung steht. Dies kann entweder ein Desktopcomputer, Laptop, oder auch ein mobiles Endgerät wie ein Mobiltelefon, Tablet usw. sein. Weitere Möglichkeiten ergeben sich für den Fachmann aus diesem beispielhaften Verweis.
Bei der Integration von Kommunikationsvorrichtungen in jedem der steuerbaren Drehknöpfe 1 einer Gruppe kann die Anbindung an eine Schnittstelle 17, wie in Figur 6 dargestellt, entfallen. Die steuerbaren Drehknöpfe 1 können in dieser Ausführungsvariante direkt mittels einer drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindung mit einem Netzwerkhub 18 und in weiterer Folge mit einem Datennetzwerk, wie beispielsweise dem Internet, verbunden werden. Für eine gänzlich drahtlose Verbindung muss hierzu jeder steuerbare Drehknopf 1 eine Energiespeichereinrichtung, wie beispielsweise einen Akkumulator, enthalten. Die als Regelkreis fungierende Kontrolleinheit 24 ist hierbei entweder innerhalb jedes steuerbaren Drehknopfs 1 der Gruppe realisiert, oder in alternativen Ausführungsvarianten in den Netzwerkhub 18 oder die Schnittstelle 17 ausgelagert.
Weiters ist möglich, mittels einer Netzwerkanbindung nach einer der zuvor genannten Ausführungsvarianten eine Kommunikation der steuerbaren Drehknöpfe 1 untereinander zu realisieren. Hierdurch können diese mittels der Kontrolleinheiten 24 dynamisch auf Benutzereingaben an einzelnen steuerbaren Drehknöpfen 1 reagieren. Des Weiteren ist auch eine Daisy Chain Kabelverbindung für Stromversorgung beziehungsweise zur Kommunikation unter den einzelnen Drehknöpfen 1 realisierbar.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsvariante sind die Kommunikationseinheiten 23 der erfindungsgemäßen steuerbaren Drehregler 1 hierbei dazu eingerichtet, selbstständig ein Netzwerk nach geltendem Standard wie beispielsweise LTEm, BLE, Bluetooth, 6LoWPAN, etc. aufzubauen, wobei Netzwerkhub 18 bzw. Schnittstelle 17 entfällt. Des Weiteren ist es möglich, beispielsweise eine induktive Ladeeinheit in den Drehknopf 1 zu implementieren. Durch eine lösbare Trennung zwischen dem Sockel 2 (kann auch ein weiterer Sockel sein) und restlichen Teilen des Drehknopfes 1, kann der Drehknopf 1 in eine Ladestation gebracht werden bzw. ein einfacher Batterietausch durchgeführt werden. Der Drehknopf 1 kann sowohl eine Kabelverbindung für die Stromversorgung enthalten, als auch eine Antenne für magnetic resonance charging beziehungsweise Stromversorgung. Des Weiteren kann die Energiespeichereinrichtung auch mittels Rekuperation aufgeladen werden, indem eine vom Benutzer ausgeübte Drehbewegung auf den Drehknopf 1 genutzt wird um mittels der Antriebseinheit 3 Strom zu erzeugen. Diese Rekuperationsfunktion kann beispielsweise nur aktiviert sein, wenn der Drehknopf 1 von dem Benutzer gedreht wird. Weitere Methoden zur Energiegewinnung umfassen Energy Harvesting Methoden mittels Schall, Temperatur oder gerichteter elektromagnetischer Wellen.
Erfindungsgemäße steuerbare Drehknöpfe 1 können gemäß einer Ausführungsvariante auch unabhängig von einem vorhandenen Drehknopf als Eingabegerät verwendet werden. Hierbei entfällt die Verbindung vom steuerbaren Drehknopf 1 mit einer Drehknopfwelle 12. Positionsänderungen des steuerbaren Drehknopfs 1 werden in dieser Ausführungsvariante analog zu den vorgenannten Ausführungsvarianten über eine Positionsgebereinheit 20 registriert, sowie Eingaben durch die Anzeige- und Eingabeeinheit 14 registriert. Eine Anwendung dieser Ausführungsvariante innerhalb einer Gruppe von steuerbaren Drehknöpfen 1 kann analog zu Figur 6 bzw. analog zur letztgenannten Ausführungsvariante der Netzwerkanbindung erfolgen. Hierbei kann ebenfalls eine zentrale Antriebseinheit 3 (siehe Figur 2) zur Anwendung kommen, welche axial angeordnet sein kann, wobei hierbei das Verbindungselement 6 (siehe Figur 2) entfällt, da keine Drehwelle eingeschoben wird.
In einer Ausführungsvariante mit kabelgebundener oder kabelloser Datenverbindung bzw. Stromversorgung und ohne Verbindungselement 6 kann der erfindungsgemäße Drehknopf 1 außerdem eine Energiespeichereinrichtung aufweisen, für welche aufgrund des fehlenden Verbindungselements 6 mehr Platz innerhalb des Drehknopfes 1 zur Verfügung steht. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Energiespeichereinrichtung mit höherer Kapazität verbaut werden kann. Die Energiespeichereinrichtung kann in Form einer Batterie oder wieder aufladbar beispielsweise in Form eines Akkumulators bereitgestellt sein. Die Kabelverbindungen können beispielsweise als Pogo-Pin Verbindungen ausgeführt sein.
Des Weiteren kann der erfindungsgemäße Drehknopf 1 in den Ausführungsvarianten mit oder ohne Verbindungselement 6 eine RFID Antenne aufweisen, welche beispielsweise in oder hinter der durchsichtigen Fläche 21, oder in dem Sockel 2 angeordnet ist. Hierdurch kann unter anderem die Energiespeichereinheit drahtlos aufgeladen werden. Insbesondere bei Anwendungen im Bereich von Reinräumen oder Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung, Medizin oder Pharmazie ist eine derartige Ausführung des Drehknopfes 1 vorteilhaft. Des Weiteren ergibt sich hierdurch die Möglichkeit, dass der erfindungsgemäße Drehknopf 1 mittels der RFID-Antenne z.B. unter Anwendung eines NFC- Tokens gesperrt oder freigegeben werden kann. Dies kann sowohl mittels Quittierung als auch einfach durch die Nähe eines Tokens erfolgen.
Wird ein Drehknopf an einem Gerät durch einen erfindungsgemäßen steuerbaren Drehknopf 1 ersetzt, so kann seine Position am Gerät in einer Softwareapplikation, welche am Endgerät 19 aufgerufen wird, zugeordnet werden, und eine vorab abgespeicherte Einstellung des steuerbaren Drehknopfs 1 auf Wunsch wiederhergestellt werden. Es kann auch eine laufende Manipulation in Echtzeit und Überwachung der Drehknöpfe, auch von einem entfernten Platz / Ort, erfolgen. Durch die Zusammenfassung mehrerer erfindungsgemäßer steuerbarer Drehknöpfe 1 in einem Netzwerk können somit auch komplexe Einstellungen abgespeichert und aufgerufen werden.
Erfindungsgemäße steuerbare Drehknöpfe 1 bieten die Möglichkeit, an Drehknöpfen sowohl mit als auch ohne mechanischem Anschlag eingesetzt zu werden, da mittels der Positionsgebereinheit 20 eine Nullposition festgelegt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann außerdem eine weitere Positionsgebereinheit 20 vorgesehen werden, um die Genauigkeit und Sicherheit der Positionsbestimmung zu erhöhen. Diese Variante ist vor allem für Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen (Personensicherheit, Maschinensicherheit) von Vorteil. Diese weitere Positioniergebereinheit 20 könnte optional auch eine galvanische getrennte Einheit sein (Potentiometer, Dreh-Schalter ...) die über die Steuerleitungen nach Außen verfügbar gemacht werden kann und derart gestaltet ist, dass diese den Drehregler 1 nicht vergrößert und die Montage auf glatten, ebenen Oberflächen nicht behindert.
Des Weiteren kann durch kurze (Drehmomenten-)Impulse der Antriebseinheit 3 ein taktiles Feedback für einen Benutzer beispielsweise zum Hinweis auf die Nullposition oder des Anschlages erzeugt werden.
Die softwaregesteuerte Regelung einzelner erfindungsgemäßer steuerbarer Drehknöpfe 1 eines Netzwerks bietet die Möglichkeit, mehrere steuerbare Drehknöpfe 1 untereinander in eine lineare oder nichtlineare Abhängigkeit zu setzen. Hierbei hat die Bewegung eines steuerbaren Drehknopfs 1 durch einen Benutzer eine beliebige vordefinierte Bewegung eines oder mehrerer weiterer steuerbarer Drehknöpfe 1 des Netzwerks zur Folge.
Darüber hinaus können softwaregesteuerte Positionsänderungen von steuerbaren Drehknöpfen 1 mit einer Glättung oder der Definition von (anhängigen) Grenzwerten versehen werden, sodass beispielsweise Verzerrungen durch Pegelveränderungen minimiert werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Drehknopfes 1 wird außerdem ermöglicht zwei Drehknöpfe 1 oder auch mehrere, beispielsweise mittels Saugnäpfen auf dem Sockel 2, entlang einer gemeinsamen Drehachse übereinander anzuordnen. Hierdurch können koaxiale Drehknöpfe 1 realisiert werden, und auf einer begrenzten Grundfläche mehr Drehknöpfe 1 angebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Drehknopfes 1 umfasst der Drehknopf 1 den Drehschalter 16 mit der Drehknopfwelle 12, wobei das Verbindungselement 6 mit der Drehknopfwelle 12 verbunden ist. Das Verbindungselement 6 kann mit dem Bedienelement 5 direkt, oder über das Planetengetriebe verbunden sein. Vorzugsweise ist der Drehschalter 16 mit der Drehknopfwelle 12 oberhalb des Sockels 2 angeordnet. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass der Drehknopf 1 einen herkömmlichen Drehschalter 16 vollständig ersetzen kann. Durch die Anordnung des Drehschalters 16 mit der Drehknopfwelle 12 oberhalb des Sockels 2 kann zudem eine geringe Bauhöhe des Drehknopfes 1 realisiert werden.

Claims

Steuerbarer Drehknopf (1), welcher zumindest einen Sockel (2), zumindest eine mit dem Sockel (2) starr verbundene Antriebseinheit (3), zumindest ein Getriebe (4), sowie ein Bedienteil (5) aufweist, wobei das Bedienteil (5) als die Antriebseinheit (3) und das Getriebe (4) umgebendes, Gehäuse ausgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Getriebe (4) eine Verbindung zwischen Antriebseinheit (3) und dem Bedienteil (5) herstellt, wobei die Antriebseinheit (3) einen axialsymmetrischen Aufbau aufweist und konzentrisch um eine Drehknopfwelle (12) anordenbar ist, wobei Antriebseinheit (3) und Bedienteil (5) koaxial zueinander angeordnet sind.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (3) eine aus folgender Gruppe ist: ein Hohlwellen-DC-Motor, eine Anzahl von Schrittmotoren, eine Anzahl von Synchron- oder Asynchronmotoren.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienteil (5) vom steuerbaren Drehknopf (1) abnehmbar gestaltet ist.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) ein Planetengetriebe ist, welches zumindest ein Planetenrad (8, 10) aufweist.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Planetenrad (8, 10) eine feststehende Drehachse (13) in Bezug auf den Sockel (2) aufweist.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (3) zumindest einen Rotor aufweist, welcher mit dem zumindest einen Planetenrad (8) mittels einer Abtriebswelle, welche zumindest abschnittsweise als Zahnrad ausgebildet sein kann, oder eines Sonnenrads (7) verbunden ist.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe ein mit dem Bedienteil (5) verbundenes Hohlrad (9) aufweist, mit welchem das zumindest eine Planetenrad (8) in Eingriff steht.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Drehknopf (1) ein Verbindungselement (6) aufweist, und das Planetengetriebe (4) ein oder zwei oder mehr Planetenräder (8, 10) aufweist, welche miteinander in Eingriff stehen, und zumindest ein Planetenrad (10) mit dem Verbindungselement (6) mittels eines mit dem Verbindungselement (6) verbundenen Sonnenrades (11) oder mittels einer zahnradförmigen Ausbildung des Verbindungselements (6) in Eingriff steht.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Drehknopf (1) ein Verbindungselement (6) aufweist, das mit dem Bedienteil (5) direkt verbunden ist.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Drehknopf (1) eine Positionsgebereinheit (20) aufweist, welche mit einem aus dem Bedienteil (5), dem zumindest einen Rotor der Antriebseinheit (3), und dem Getriebe (4), verbunden ist und dazu eingerichtet ist, Positionsinformation zu generieren.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Drehknopf (1) eine Steuerungseinheit (22) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, Steuerinformation zu empfangen, zu verarbeiten und die Antriebseinheit (3) auf Basis der Steuerinformation zu steuern.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Drehknopf zumindest eine Anzeige- und Eingabeeinheit (14) aufweist, welche zumindest ein Anzeigeelement (15) und/oder Eingabeelement beinhaltet, und dazu eingerichtet ist Anzeigeinformation zu verarbeiten und das zumindest eine Anzeigeelement (15) auf Basis der Anzeigeinformation zu steuern, sowie Eingabeinformation zu generieren.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Drehknopf (1) eine Kommunikationseinheit (23) sowie eine Kontrolleinheit (24) aufweist, wobei die Kontrolleinheit (24) mit der Positionsgebereinheit (20), der Steuerungseinheit (22), der Anzeige- und Eingabeeinheit (14) sowie der Kommunikationseinheit (23) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, Positionsinformation von der Positionsgebereinheit (20), Eingabeinformation von der Anzeige- und Eingabeeinheit (14), und Steuerinformation, Anzeigeinformation, Positionsinformation, sowie Eingabeinformation von der Kommunikationseinheit (23) zu empfangen,
Steuerinformation und Anzeigeinformation, zu generieren
und Steuerinformation an die Steuereinheit, Anzeigeinformation an die Anzeige- und Eingabeeinheit (14) sowie Anzeigeinformation, Positionsinformation, Steuerinformation und Eingabeinformation an die Kommunikationseinheit (23) zu übertragen,
wobei die Kommunikationseinheit (23) zum Austausch von Steuerinformation, Positionsinformation, Anzeigeinformation und Eingabeinformation mit der Kontrolleinheit (24) eingerichtet ist, sowie zur drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikation von Steuerinformation, Positionsinformation, Anzeigeinformation und Eingabeinformation mit einem Datennetzwerk eingerichtet ist.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Drehknopf (1) eine Positionsgebereinheit (20) aufweist, welche mit dem Verbindungselement (6) verbunden ist.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeelement (15) eines aus einem LED-Ring, einem OLED Display, einem eReader Display oder einem TFT Display ist.
Steuerbarer Drehknopf (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabeelement eines aus einem Touch-Bedienfeld, einem Näherungssensor, einem Taster oder einem Schalter ist.