WO2007112865A1 - Bedienelement mit einer kipphaptik für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2007112865A1
WO2007112865A1 PCT/EP2007/002571 EP2007002571W WO2007112865A1 WO 2007112865 A1 WO2007112865 A1 WO 2007112865A1 EP 2007002571 W EP2007002571 W EP 2007002571W WO 2007112865 A1 WO2007112865 A1 WO 2007112865A1
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tilting
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Andreas Kramlich
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Preh Gmbh
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    • G05G2009/04744—Switches
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    • G05G2009/04759—Light-sensitive detector, e.g. photoelectric

Definitions

  • the present invention relates to an operating element, in particular a joystick, with a tilting feel for a motor vehicle.
  • 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.
  • a typical force curve is indicated in FIG.
  • this force is 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. Also, the achievable by springs forces are limited. In addition, the quality of the generated feel is often unsatisfactory.
  • An inventive control element has a tiltably mounted lever with a first and a second end of the lever, wherein the first end of the lever extends out of a housing of the operating element.
  • the user moves the protruding from the housing first lever end and thus generates a tilting movement of the lever about its bearing point.
  • the operating element has a pivotally mounted lever arm with a receiving element and a power transmission element at the second end of the tiltably mounted lever, wherein the force transmission element extends into the receiving element of the lever arm and transforms a tilting movement of the lever into a pivoting movement of the lever arm.
  • a permanent magnet pair is arranged in the control element, wherein a magnet of the permanent magnet pair on the lever arm and a magnet is fixedly arranged in the operating element such that in the center position of the lever each unequal poles of the magnets are spaced.
  • the attraction between the two magnets of the permanent magnet pair generates a force on the lever arm, which forces it into a zero position, which simultaneously causes a middle position of the lever.
  • the deflection of the lever arm from this zero position takes place in that the user tilts the lever, whereby the arranged at the second end of the lever power transmission element moves in the receiving element of the lever arm.
  • the force transmission element presses against an edge of the receiving element, whereby a force is exerted on the lever arm, which swings it out of the neutral position.
  • this pivotal movement is the attraction of the permanent magnets, which transmits to the lever via the force transmission element and is perceived by the user as a haptic impression.
  • the lever arm is always swung out in the same direction from its zero position. This also applies if the lever is moved translationally along its longitudinal axis to produce a so-called push functionality.
  • the force exerted by the permanent magnet pair on the lever arm is dependent on the relative position of the two permanent magnets to one another and thus of the deflection of the lever arm.
  • the deflection of the lever arm is dependent inter alia on the deflection of the lever and the shape of the receiving element on the lever arm and the power transmission element. If the flanks of the receiving element on the lever arm are flat, a deflection of the lever leads to a smaller deflection of the lever arm than with a steep flank of the receiving element.
  • the shape of the receiving element in the lever arm can be freely designed, so that an individual feel with the desired force curve can be realized for each tilting direction of the lever.
  • the receiving element is preferably formed by a recess in the lever arm. Such a recess can be produced precisely and inexpensively in the production of the lever arm. Alternatively, the receiving element of any other, suitable Formed the lever arm. In a further alternative, the receiving element is an independent component which can be fastened on the lever arm, for example latched. By such a modular design, the feel of the control element can be adapted in a simple manner with otherwise the same structure.
  • the force transmission element is preferably a ball. Upon actuation of the control element, the ball rolls in the receiving element on the lever arm, resulting in low friction and low wear.
  • the force transmission element is a shaping of the second lever end. The end of the lever slides directly over the flanks of the receiving element.
  • the force transmission element is designed as a pyramid.
  • the base of the pyramid has as many edges as the lever possible tilting directions.
  • the base of the pyramid for example, in four tilt directions of the lever as a square and formed in eight tilt directions of the lever as an equilateral octagon.
  • An embodiment of the power transmission element as a cone allows infinitely many tilting directions of the lever.
  • the power transmission element is designed as a pin whose first end is arranged on a plate and whose second end forms a tip. The shape of the plate is analogous to the base of the pyramid adapted to the possible tilting directions of the lever.
  • the operating element has a mechanical end stop for the lever and / or the lever arm.
  • An end stop for the lever arm makes it possible to reach an end stop for all tilting directions of the lever with just one component. Through a mechanical end stop for the lever a depending on the tilting direction of the lever end stop can be realized.
  • a shift gate for limiting the possible tilting directions of the lever is arranged in the operating element according to the invention.
  • only desired tilting directions of the lever are permitted, for example four or eight.
  • the maximum deflection of the lever can be individually limited by the shift gate for each tilt direction.
  • tilting directions permitted by the shifting gate are dynamically lockable. Thereby, the number of tilting directions depending on the state of the operated device during operation can be further limited.
  • the shape of the receiving element on the lever arm limits the possible tilting directions of the lever.
  • the receiving element for example, star-shaped grooves, in which the force transmission element moves when tilting the lever. A movement of the force transmission element outside of the grooves is not possible, thereby blocking corresponding tilting directions of the lever.
  • the operating element preferably has at least one reflection light barrier for detecting the tilting direction of the lever.
  • Transmitter and receiver of the reflection light barrier are arranged, for example, stationary in the operating element, while the reflector, for example in the form of a reflective surface, is arranged directly or indirectly on the lever.
  • the distance of the reflecting surface to the transmitter and receiver changes, which leads to a change in the output signal of the reflection light barrier.
  • the tilt direction of the lever is determined from the output signal of the reflection light barrier.
  • the operating element has at least one forked light barrier for each possible tilting direction of the lever, each forked light barrier detecting a possible tilting direction of the lever.
  • the operating element has at least one sliding contact for detecting the tilting direction of the lever.
  • the sanding spring makes contact with another contact surface or another position within a contact surface. From this, the position of the lever can be determined.
  • the operating element has a light barrier, in particular a fork light barrier, for detecting the pivoting movement of the lever arm. If the lever has been tilted or pushed over a switching threshold, then a predetermined deflection of the lever arm is reached or exceeded. This reaching or exceeding is detected by means of the forked light barrier.
  • the switching threshold refers to the deflection of the lever, in which the operating element is considered to be actuated. It is exemplified in FIG.
  • the advantage of using a light barrier lies in the reliable detection of the switching threshold. If this switching threshold is reached, the tilting direction of the lever or a pushing of the lever is detected by means of the elements listed above.
  • a zero force switch is used for detection used the pivoting movement of the lever arm.
  • a zero-force switch is a switch which does not counteract its actuation with little or no force, and thus does not appreciably affect the feel produced by means of the Permamer.trnagnetpoves.
  • a control knob is arranged at the first end of the lever.
  • This control knob allows a safe and comfortable operation of the control element.
  • the control knob on more features, such as a turntable.
  • the control knob is mounted elastically on the first end of the lever, for example by means of a spring. This allows a targeted adjustment of the push-feel.
  • An inventive control panel thus has the advantage of being able to produce a precisely determinable feel for each tilting direction, wherein the haptic profile can be the same in particular for each tilting direction. Also, the realization of a push haptic is possible. Due to the configuration of the receiving element on the lever arm, the tilting directions of the lever can be limited without further components. In addition, the lever is centered by the interaction of the force transmission element with the receiving element on the lever arm reliably in the center position.
  • tilt direction evaluation device for an operating element with a tiltable handle, in particular an operating element as described above.
  • This tilt-direction evaluation device has at least one light barrier, a mask fixedly arranged in the operating element with at least one recess and a shielding element connected to the handle and movable relative to the mask, the shielding element not having one, one or more recesses of the mask depending on the position of the handle covered.
  • the mask serves to limit the beam path of a light barrier to a defined spatial area.
  • recesses are introduced into the mask, in particular in the form of slots.
  • the shielding element is arranged in the operating element such that it moves relative to the mask when the handle is actuated.
  • the shielding element is impermeable to the light of the light barriers, wherein optionally transparent areas are introduced into the shielding element. These areas are formed for example by a recess or a window of translucent material.
  • the shielding element conceals a recess of the mask if and only if an opaque rich above the recess.
  • the handle is, for example, the lever of the control element described above.
  • the opaque areas of the shielding cover with unconfirmed handle none of the recesses in the mask.
  • an opaque region of the shielding element slides over one or more recesses of the mask and thus interrupts the associated light barriers. Based on these interruptions, the tilting direction of the handle can be determined.
  • the tilt-direction evaluation device has at least one light barrier for each possible tilting direction of the handle. This ensures that the switching threshold can be accurately positioned for each tilting direction by the shielding interrupts the associated light barrier at a predetermined deflection of the handle in this tilting direction.
  • the switching threshold is preferably for all tilt directions at the same deflection of the handle.
  • eight possible tilting directions can be detected by means of four light barriers, which are preferably arranged evenly spaced on a circular path. In an oblique deflection of the handle so two light barriers are interrupted by the shielding.
  • two light barriers have a common light source.
  • the common light source is arranged so that the light emitted by it hits two photosensors through two recesses in the mask.
  • Each beam path from the light source to one of the photosensors can be interrupted by the shielding element independently of the other beam path. This leads advantageously to a reduced number of light sources with a constant number of light barriers.
  • a light source can also be shared by three or more light barriers.
  • the shielding element is formed star-shaped.
  • Each arm of the star serves to cover one or more recesses of the mask.
  • the shielding element consists of a single arm, which is designed so that it can cover any recess of the mask.
  • the shielding element is ring-shaped or disc-shaped.
  • the shielding element consists of a flexible material, in particular a film.
  • a flexible material is that the shielding element can deform on contact with the mask and can therefore ringem distance from the mask can be attached to the handle.
  • a rigid shielding element has to be arranged so far from the mask on the handle that the shielding element does not or only slightly touches the mask when the handle is actuated. The deformability of a flexible shielding element therefore leads to increased freedom in the design of the operating element and a reduced overall height.
  • a masking element resting against the mask reliably covers the recesses in the mask.
  • the flexible shielding element has a plate-shaped cross section. Because of this plate-shaped cross section, the ends of the shielding element are preferably already in the center position of the handle with slight pressure on the mask.
  • FIG. 1 is a sectional view of a control element according to the invention
  • FIG. 3 shows a detail of an operating element according to the invention with a rounded second end of the lever as a force transmission element
  • FIG. 4 shows a section of a control element according to the invention with a cube-shaped force transmission element
  • FIG. 5 shows a part of a control element according to the invention with two reflection light barriers
  • FIG. 6 shows part of a control element according to the invention with two potentiometric sliding contacts
  • FIG. 7 shows part of a control element according to the invention with two sliding contacts
  • FIG. 8 shows part of a control element according to the invention with four sliding contacts
  • FIG. 9 shows an operating element with a tilt direction evaluation device
  • FIG. 10 shows the operating element from FIG. 9 with the lever tilted
  • FIG. 11 is a plan view of the mask and the shielding of Figures 9 and 10,
  • Figure 12 shows an operating element with a tilt direction evaluation device and flexible shielding
  • FIG. 13 shows the operating element from FIG. 12 with the lever tilted
  • FIG. 14a-h are views of different embodiments of the shielding element
  • FIG. 15a-f show individual components of a tilt-direction evaluation device
  • FIG. 16 shows a control element with a tilt-direction evaluation device and light barriers with a common light source
  • FIG. 17 shows the operating element from FIG. 16 with a tilted lever
  • FIG. 18 shows an operating element with a pyramid-shaped force transmission element
  • FIG. 19a-c shows various embodiments of a force transmission element
  • FIG. 20a-f shows various embodiments of a receiving element
  • FIG. 21 shows a section through a part of an operating element according to the invention with a spring-loaded element Control knob
  • Figure 22 shows a force curve over the deflection of the lever.
  • Figure 1 shows a sectional view of an operating element 1 according to the invention with a tiltably mounted in a housing 5 lever 2.
  • a first end 3 of the lever 2 extends out of the housing 5.
  • the second end 4 of the lever 2 has a recess which receives parts of a ball 8. Another part of the ball 8 is received by a receiving element in the form of a recess 7 of a pivotally mounted lever arm 6.
  • the control element 1 further comprises a pair of permanent magnets 9, wherein a magnet 10 on the lever arm 6 and a magnet 11 is fixedly arranged in the housing 5.
  • the magnets 10 and 11 are arranged in such a way that unequal poles face each other at a distance.
  • the north poles of the magnets are hatched and the south poles of the magnets shown dotted.
  • FIG. 2 a shows a further partial section of the operating element 1 with a few further components.
  • the second lever end 4 and thus the ball 8 moves to the left.
  • the ball 8 presses against the edge 12 of the recess 7 and thus pivots the left end of the lever arm 6 against the attraction of the permanent magnet pair 9 down.
  • the left end of the lever arm 6 also pivots downward when the first end 3 of the lever 2 is tilted into the plane of the drawing or out of the plane of the drawing. Therefore, the left end of the lever arm 6 pivots at each actuation of the operating element 1, regardless of the tilting direction of the lever 2 down.
  • the ball 8 serves as a force transmission element, which converts the tilting or pushing movement of the lever 2 into a pivoting movement of the lever arm 6.
  • FIGS. 2 a to 2 d furthermore show a reflection light barrier 14 with a transmitter 15 and a receiver 16.
  • the light emitted by the transmitter 15 is reflected by a reflector in the form of a reflective surface 17, which is arranged on the lever 2, to the receiver 16.
  • a reflector in the form of a reflective surface 17, which is arranged on the lever 2, to the receiver 16.
  • the distance and the angle of the reflective surface 17 to the transmitter 15 and the receiver 16 changes.
  • the reflective surface of the reflection light barrier 14 so that the level of the output signal of the receiver 16 decreases.
  • the reflective surface 17 of the reflective light barrier 14 approaches, whereby the level of the output signal of the receiver 16 increases. From this output signal can thus determine the tilting direction of the lever 2.
  • the operating element 1 shown in FIGS. 2 a to 2 d furthermore has a forked light barrier 18.
  • a projection 19 arranged on the lever arm 6 is inserted.
  • the projection 19 interrupts the fork light barrier 18.
  • the switching threshold and the lever arm 6 thus achieved a certain deflection, as in 2b and 2c is shown, or the lever 2 was pressed as shown in Figure 2d along its longitudinal axis to above the switching threshold, the projection 19 is no longer in the detection range of Gabeiiicht battlee 18. This causes a change in the output signal of the forked light barrier 18, by means of which the operation of the operating element 1 is detected. If this operation has been detected, it is determined whether and in which direction the lever 2 has been tilted or whether the lever 2 has been pressed.
  • FIG. 3 shows parts of an alternative embodiment of an operating element 21, in which the second end 24 of the lever 22 is designed as a force transmission element 28.
  • the rounded end 28 of the lever 22 slides over the flanks of the introduced into the lever arm 26 recess 27 and pushes the free end of the lever arm 26 down.
  • the advantage of this embodiment is the simple structure, in which no further element, for example in the form of a sphere, is necessary.
  • FIGS. 20a to 20f Various possible embodiments of the receiving element are indicated in FIGS. 20a to 20f. It is assumed that these are recesses in the lever arm. However, the receiving element may for example also be formed by a different shape with the specified shape.
  • a ball 220 is indicated as a power transmission element.
  • the force transmission element as shown in Figure 3, formed by the rounded end of the lever. Due to the shape of the receiving element, the possible rolling directions of the ball or sliding directions of the lever end are limited. At the same time this limits the possible tilting directions of the lever, without a separate backdrop is necessary.
  • Figure 20a shows a conical recess 221.
  • FIG. 20b shows a pyramid-shaped recess 222.
  • the ball 220 preferably moves in one of the four directions in which two side surfaces of the pyramid meet, wherein the ball 220 can in principle also roll on one of the side surfaces of the recesses.
  • the side surfaces of the pyramid are divided into two, wherein the line of contact of the two partial surfaces is inclined into the recess and the two partial surfaces are thus inclined to each other.
  • Figure 2Od shows the recess 224 as a modification of the recess 223 in Figure 20c.
  • the recess 224 has eight grooves in which the ball 220 can roll, and thus eight possible tilting directions of the lever.
  • Figures 2Oe and 2Of show recesses 225 and 226 similar to the recesses 223 and 224 in Figures 20c and 20d, with the edges of the recesses 225 and 226 being rounded.
  • FIG. 4 shows a part of an alternative embodiment of a control element 31, in which a cube 38 is used as the force transmission element instead of a ball.
  • a cube 38 is used as the force transmission element instead of a ball.
  • the lever 32 In the illustrated middle position of the lever 32 is a side surface of the cube 38 in a recess at the second end 34 of the lever 32 and the opposite side of the cube 38 in a recess 37 of the lever arm 36. If the lever 32 is tilted, the cube 38 tilts over one of its edges and thereby exerts a force on the lever arm 36. The lever arm 36 then pivots about its bearing point, not shown in Figure 4.
  • FIG. 18 shows a further alternative embodiment of an operating element 201.
  • the force transmission element between the second end 204 of the lever 202 and the lever arm 206 consists of a four-sided pyramid 208 whose base rests in the middle position of the lever 202 on the second end 204 of the lever 202 and its tip extends into a recess 207 of the lever arm 206.
  • the pyramid 208 tilts over an edge of its base. This changes the distance between the second end 204 of the lever 202 and the lever arm 206. Due to the mounting of the lever 202, this leads to a pivoting movement of the lever arm 206 about its storage.
  • the haptic generation is analogous to the preceding embodiments based on a permanent magnet pair.
  • the element 210 shown in FIG. 19a can be used. It consists of a square base 211, in the middle of a tip 212 is arranged. The base 211 is in contact with the second end 204 of the lever 202, while the tip 212 engages in the recess 207 of the lever arm 206. When tilting the lever 202, the element 210 tilts over an edge of its base 211 and thereby pivots the lever arm 206.
  • FIG. 19b shows a pyramid 213 with a six-sided base 214 for a control element with six tilting directions
  • FIG. 19c shows a pyramid 215 with a pyramid 215 octagonal base 216 for a control element with eight tilt directions.
  • the number of sides of the pyramid is in principle arbitrary. In the limit, the pyramid becomes a cone with a circular base. Instead of a pyramid is always an element analogous to that shown in Figure 19a with a corresponding base possible.
  • FIG. 5 shows a section of a control element according to the invention.
  • two reflection light barriers 47 and 51 are arranged on a board 41 at right angles to each other. This means that the reflection light barriers with respect to the longitudinal axis of the lever 42 offset by 90 degrees on the board 41 are arranged.
  • the reflection light barrier 47 consisting of the transmitter 48, the receiver 49 and the reflector 50, serves to detect the tilting direction left and right of the lever 42
  • the reflection light barrier 51 consisting of the transmitter 52, the receiver 53 and the reflector 54
  • the position of the reflector 50 or 54 changes in the respective light barrier, resulting in a modified output signal of the light barrier 47 and 51, respectively. From this output signal, the tilting direction of the lever 42 can be determined.
  • An additional fork light barrier 44 consisting of a transmitter 45 and a receiver 46, serves, as described with reference to FIGS. 2a to 2d, to detect the actuation of the operating element.
  • FIG. 6 shows, on the basis of a part of a further operating element according to the invention, an alternative configuration for detecting the tilting direction of the lever 62.
  • two wiper springs 68 and 70 are arranged at right angles to one another on the lever 62 and are in contact with the contact surfaces 67 and 69.
  • the contact surfaces 67 and 69 are formed as Potentiometer füren having a defined electrical resistance.
  • the wiper 68 moves over the contact surface 67 and the wiper 70 via the contact surface 69.
  • the existing from the transmitter 65 and the receiver 66 fork light barrier 64 is used to detect the switching threshold, which signals an actuation of the control.
  • FIG. 7 shows a section of a further alternative embodiment of a control element according to the invention.
  • a printed circuit board 81 two contact surface pairs of the contact surfaces 88 and 89 or 91 and 92 are arranged at right angles to each other.
  • the contact springs 87 and 90 are fixed at right angles to each other. In the middle position of the lever 82 are the ends of the sliding springs 87 thereby . se 90 between the contact surfaces of the associated contact surface pairs, without making an electrical contact. If the first lever end 83 of the lever 82 is deflected to the right, for example, the end of the wiper 90 on the board 81 shifts to the left and establishes contact with the contact surface 91. The presence of this contact is registered by an evaluation electronics, not shown, and interpreted as tilting of the lever 82 to the right. The detection of the other tilting directions via the contact surfaces 88, 89 and 92 analog.
  • a fork light barrier 84 consisting of a transmitter 85 and a receiver 86 for the above-described detection of the operation of the operating element.
  • FIG. 8 shows a plan view of part of an operating element with a circuit board 101 and a lever 105.
  • the lever 105 extends through a recess in the printed circuit board 101, the recess being surrounded by a contact surface 114 against which a voltage, in the present example in FIG Height of 5 volts, applied.
  • On the lever 105 four sliding contacts 106, 107, 108 and 109 are arranged in a cross shape. Depending on the position of the lever 105, the sliding contacts 106 to 109 establish an electrical contact between the contact surface 114 and one or more of the contact surfaces 110 to 113. Based on the established contacts, an evaluation electronics not shown in FIG. 8 determines the tilting direction of the lever 105.
  • the sliding contacts 106 to 109 are connected directly to a voltage source, for example by means of a cable.
  • the contact surface 114 can be dispensed with.
  • the fork light barrier 102 consisting of the transmitter 103 and the receiver 104 serves, as described with reference to the preceding exemplary embodiments, for detecting the actuation of the operating element.
  • FIG. 9 shows an operating element 121 with a tilt direction evaluation device.
  • the control element 121 four light barriers are arranged, each consisting of a light emitting diode and a photosensor.
  • the light emitting diodes 126, 130 and 133 and the associated photosensors 125, 129 and 134 are shown, the fourth light barrier is covered by the lever 122.
  • the beam path of the light emitted by the light emitting diodes 126 and 130 is indicated at 127 and 131.
  • the light falls on a mask 123, which is provided with recesses 135.
  • the propagation of the light behind the mask 123 is denoted by 128 and 132, respectively.
  • FIG. 10 shows the operating element 121 from FIG. 9, with the lever 122 being tilted to the right.
  • the shielding element connected to the lever 122 is thereby likewise inclined, wherein it now protrudes into the propagation region 128 of the light of the first light barrier and shades the photodiode 125. From this interruption of the left light barrier detects an unillustrated electronics that the lever 122 has been tilted to the right.
  • FIG. 11 shows a top view of the mask 123 and the shielding element 124 from FIGS. 9 and 10 in the middle position of the lever 122.
  • the shielding element 124 Upon actuation of the lever 122, the shielding element 124 is displaced relative to the mask 123 and conceals one or more of the recesses 135, whereby the associated photocells are interrupted. From the information about the interrupted light barriers, the tilting direction of the lever 122 can be determined.
  • FIGS. 12 and 13 show the operating element 141 as a modification of the operating element 121 from FIGS. 9 and 10.
  • the operating element 141 has a mask 143 with recesses 149.
  • a flexible, cross-shaped shielding member 144 is arranged with four arms, which has a plate-shaped cross section in the sectional view in Figure 12. Flexible means that the shielding element is deformable by the movement of the lever 142.
  • the lever 142 is shown in its central position.
  • the ends of the arms of the shielding member 144 rest on the mask 143 and do not obscure the recesses 149.
  • the light of the light-emitting diodes 145 and 147 thus impinges on the photodiodes 146 and 148, respectively.
  • the plan view of the mask 143 and the shielding element 144 corresponds analogously to the plan view from FIG. 11.
  • FIG. 14a shows the top views of possible embodiments of the shielding in four possible tilting directions of the lever.
  • the shielding element 161a is cross-shaped, with light-permeable windows 162a being introduced into the ends of the four arms. In the middle position of the lever all windows 162a are above the recesses 163a, so that none of the light barriers is interrupted.
  • the shielding element 161a covers the left-hand recess 163a in the mask 160a, but the right-hand recess 163a is still in the region of the right-hand window 162a in the shielding element 161a and the right-hand light barrier will not interrupted.
  • the functioning of the shielding elements 161b in FIGS. 14b and 161d in FIG. 14d is analogous to that of the shielding element 161a in FIG. 14a.
  • the shielding element 161b consists of an annular basic structure which has cross-shaped extensions. In these extensions window 162b are introduced.
  • the shielding member 161d is disc-shaped, wherein the window 162d are inserted into the disk.
  • the shielding element 161c in FIG. 14c is also disk-shaped, but the pane has no windows. Upon a tilting movement of the lever, the disc 161c is displaced with respect to the mask 161c so as to obscure one or more of the recesses 163c.
  • the shielding elements 161e, 161f and 161h in FIGS. 14e, 14f and 14h are constructed analogously to those in FIGS. 14a, 14b and 14d, but each have eight windows in order to be able to detect eight tilting directions of the lever.
  • the shielding member 161g of Figure 14g is again disc-shaped and not provided with windows. Upon a tilting movement of the lever, the disc 161g is displaced with respect to the mask 161g so as to obscure one or more of the recesses 163g
  • FIGS. 15a to 15e show the individual components of a tilt direction evaluation device.
  • FIG. 15a shows a printed circuit board 170, on the upper side of which in each case four photosensors 171, 172, 173 and 174 are arranged in pairs. The photosensors 171 and 172 detect an operation of the operating member to the left or right, the photosensors 173 and 174, an operation up or down.
  • FIG. 15b shows a printed circuit board 177, on the underside of which light-emitting diodes 175 and 176 are arranged.
  • the printed circuit boards 170 and 177 are arranged in a control element such that the light-emitting diode 175 illuminates the photosensors 171 and 172 and the light-emitting diode 176 illuminates the photosensors 173 and 174.
  • the mask 178 from FIG. 15c and the shielding element 183 from FIG. 15d are arranged between the printed circuit boards.
  • slot-shaped recesses 179, 180, 181 and 182 are introduced.
  • the shielding element 183 consists of two arms arranged at right angles to one another. In the first arm, the windows 184 and 185 are introduced, in the second arm, the windows 186 and 187.
  • the windows 184 to 187 in contrast to the rest of the shielding element 183 permeable to the light of the light emitting diodes 175 and 176.
  • FIG. 15e shows a three-dimensional view showing the spatial configuration of the shielding element 183. The windowed ends of the arms of the shielding member rest on the mask 178.
  • the photosensors 171 and 172 or 173 and 174 are optionally arranged offset against one another like a checkerboard. This simplifies the mountability on the circuit board 170 and reduces the stray light that passes through a different than the recess of the mask 178 associated with the photosensor.
  • Figure 15f shows a plan view of the assembled components of Figures 15a to 15d, wherein the circuit board 177 has been omitted.
  • the LED 175 radiates its light through the recess 179 on the photosensor 171 and through the recess 180 on the photosensor 172.
  • the LED 176 emits its light through the recess 181 on the photosensor 173 and through the recess 182 on the photosensor 174.
  • FIG. 16 shows a control element with the tilt direction evaluation device from FIG. 15f.
  • the areas illuminated by the light emitting diodes 175 and 176 are shown.
  • Figure 21 shows a section through a part of a control element according to the invention.
  • a spring 233 is pushed, which rests on a projection 234 of the lever 230.
  • a control knob 232 is further pushed, which has a projection 235 which cooperates with the spring 233. If the push functionality of the operating element is used, that is pressed down the control knob 232, both the spring 233 is compressed and the lever arm, not shown in Figure 21 - as described in the above examples - pivoted against the attraction of the permanent magnet pair, also not shown. The actuation of the control knob 232 is thus counteracted by a counterforce consisting of the clamping of the spring force and the magnetic force transmitted via the lever arm.
  • This push-feel is therefore adjustable independently of the tilt feel by means of the spring 233.
  • the pushing of the control knob 232 and the lever 230 is detectable by means of a light barrier, not shown, or a switch.
  • a light barrier not shown, or a switch.
  • the above exemplary embodiments are to be understood as purely exemplary. In particular, the shape and the arrangement of the individual elements may deviate from the described embodiments, without departing from the inventive idea.
  • This relates in particular to the bearing of the lever, the shape of the receiving element on the lever arm and the configuration of the force transmission element. In principle, the shape of the flanks of the receiving element on the lever arm for each tilting direction of the lever can be configured individually, whereby a kippidesspare haptics can be generated.
  • the push function and the operation of the operating element other elements than the aforementioned light barriers or sliding contacts can be used.
  • the operating element can also be designed, for example, as a seesaw or a cross-rocker.

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Abstract

Bedienelement (1), insbesondere Joystick, mit einer Kipphaptik für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen kippbar gelagerten Hebel (2) mit einem ersten (3) und einem zweiten Hebelende (4), wobei sich das erste Hebelende (3) aus einem Gehäuse (5) des Bedienelements (1) heraus erstreckt, einen schwenkbar gelagerten Hebelarm (6) mit einem Aufnahmeelement (7), ein Kraftübertragungselement (8) am zweiten Ende (4) des kippbar gelagerten Hebels (2), wobei sich das Kraftübertragungselement (8) in das Aufnahmeelement (7) des Hebelarms (6) erstreckt und eine Kippbewegung des Hebels (2) in eine Schwenkbewegung des Hebelarms (6) transformiert, sowie ein Permanentmagnetpaar (9), wobei ein Magnet (10) des Permanentmagnetpaares (9) an dem Hebelarm (6) und ein Magnet (11) ortsfest im Bedienelement (1) angeordnet ist derart, dass sich in Mittelstellung des Hebels (2) ungleiche Pole der Magnete (10, 11) beabstandet gegenüberstehen.

Description

B E S C H R E I B U N G
Bedienelement mit einer Kipphaptik für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement, insbesondere einen Joystick, mit einer Kipphaptik für ein Kraftfahrzeug.
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 Bedienelements eine über die Auslenkung veränderliche Kraft notwendig. Ein typischer Kraftverlauf ist in Figur 22 angegeben. 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. Auch sind die durch Federn erzielbaren Kräfte beschränkt. Darüber hinaus ist die Qualität der erzeugten Haptik oftmals unbefriedigend.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bedienelement mit einer Kipphaptik bereitzustellen, das einfach und kostengünstig aufgebaut ist, nur einen geringen Bauraum benötigt, eine einfache Anpassung der Haptik an den gewünschten Kraftverlauf ermöglicht und über seine Lebensdauer eine gleichbleibende Haptik aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Bedienelement gemäß Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Ein erfindungsgemäßes Bedienelement weist einen kippbar gelagerten Hebel mit einem ersten und einem zweiten Hebelende auf, wobei sich das erste Hebelende aus einem Gehäuse des Bedienelements heraus erstreckt. Bei der Betätigung des Bedienelements bewegt der Benutzer das aus dem Gehäuse herausragende erste Hebelende und erzeugt so eine Kippbewegung des Hebels um dessen Lagerpunkt. Weiterhin weist das Bedienelement einen schwenkbar gelagerten Hebelarm mit einem Aufnahmeelement und ein Kraftübertragungs- element am zweiten Ende des kippbar gelagerten Hebels auf, wobei sich das Kraftübertragungselement in das Aufnahmeelement des Hebelarms erstreckt und eine Kippbewegung des Hebels in eine Schwenkbewegung des Hebelarms transformiert. Weiterhin ist ein Permanentmagnetpaar im Bedienelement angeordnet, wobei ein Magnet des Permanentmagnetpaares an dem Hebelarm und ein Magnet ortsfest im Bedienelement derart angeordnet ist, dass sich in Mittelstellung des Hebels jeweils ungleiche Pole der Magnete beabstandet gegenüberstehen.
Die Anziehung zwischen den beiden Magneten des Permanentmagnetpaars erzeugt eine Kraft auf den Hebelarm, die diesen in eine Nullstellung zwingt, welche gleichzeitig eine Mittelstellung des Hebels bewirkt. Die Auslenkung des Hebelarms aus dieser Nullstellung erfolgt dadurch, dass der Benutzer den Hebel kippt, wodurch sich das am zweiten Ende des Hebels angeordnete Kraftübertragungselement in dem Aufnahmeelement des Hebelarms bewegt. Das Kraftübertragungselement drückt gegen eine Flanke des Aufnahmeelements, wodurch eine Kraft auf den Hebelarm ausgeübt wird, die diesen aus der Nullstellung herausschwenkt. Dieser Schwenkbewegung entgegengesetzt ist die Anziehungskraft der Permanentmagnete, die sich über das Kraftübertragungselement auf den Hebel überträgt und vom Benutzer als haptischer Eindruck wahrgenommen wird.
Unabhängig von der Kipprichtung des Hebels wird der Hebelarm stets in die gleiche Richtung aus seiner Nullstellung herausgeschwenkt. Dies gilt auch, falls der Hebel translatorisch entlang seiner Längsachse bewegt wird, um eine sogenannte Push-Funktionalität zu erzeugen.
Die von dem Permanentmagnetpaar auf den Hebelarm ausgeübte Kraft ist abhängig von der relativen Stellung der beiden Permanentmagnete zueinander und somit von der Auslenkung des Hebelarms. Die Auslenkung des Hebelarms ist unter anderem abhängig von der Auslenkung des Hebels sowie der Form des Aufnahmeelements am Hebelarm und des Kraftübertragungselements. Sind die Flanken des Aufnahmeelements am Hebelarm flach, so führt eine Auslenkung des Hebels zu einer geringeren Auslenkung des Hebelarms als bei einer steilen Flanke des Aufnahmeelements. Prinzipiell ist die Form des Aufnahmeelements im Hebelarm frei gestaltbar, so dass sich für jede Kipprichtung des Hebels eine individuelle Haptik mit dem gewünschten Kraftverlauf realisieren lässt.
Das Aufnahmeelement wird bevorzugt durch eine Ausnehmung im Hebelarm gebildet. Eine solche Ausnehmung ist bei der Herstellung des Hebelarms präzise und kostengünstig erzeugbar. Alternativ wird das Aufnahmeelement von einer beliebigen anderen, geeigneten Ausformung des Hebelarms gebildet. In einer weiteren Alternative stellt das Aufnahmeelement eine eigenständige Komponente dar, die auf dem Hebelarm befestigbar, beispielsweise verrastbar ist. Durch eine solche modulare Ausgestaltung lässt sich die Haptik des Bedienelements bei ansonsten gleichem Aufbau auf einfache Art und Weise anpassen.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftübertragungselement um eine Kugel. Bei der Betätigung des Bedienelements rollt die Kugel in dem Aufnahmeelement am Hebelarm, wodurch sich eine geringe Reibung und eine geringe Abnutzung ergeben. Alternativ handelt es sich bei dem Kraftübertragungselement um eine Ausformung des zweiten Hebelendes. Dabei gleitet das Ende des Hebels direkt über die Flanken des Aufnahmeelements.
Weiterhin alternativ ist das Kraftübertragungselement als Pyramide ausgebildet. Beim Kippen des Hebelarms kippt die Pyramide über eine Kante ihrer Grundfläche und drückt dadurch den Hebelarm aus seiner Nullstellung. In vorteilhafter Weise weist die Grundfläche der Pyramide so viele Kanten auf wie der Hebel mögliche Kipprichtungen. Die Grundfläche der Pyramide ist beispielsweise bei vier Kipprichtungen des Hebels als Quadrat und bei acht Kipprichtungen des Hebels als gleichseitiges Achteck ausgebildet. Eine Ausbildung des Kraftübertragungselements als Kegel erlaubt unendlich viele Kipprichtungen des Hebels. In einer weiteren Alternative ist das Kraftübertragungselement als Stift ausgebildet, dessen erstes Ende auf einer Platte angeordnet ist und dessen zweites Ende eine Spitze bildet. Die Form der Platte ist analog zu der Grundfläche der Pyramide den möglichen Kipprichtungen des Hebels angepasst.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist das Bedienelement einen mechanischen Endanschlag für den Hebel und / oder den Hebelarm auf. Durch einen Endanschlag für den Hebelarm ist ein Endanschlag für alle Kipprichtungen des Hebels mit nur einem Bauteil erreichbar. Durch einen mechanischen Endanschlag für den Hebel ist ein von der Kipprichtung des Hebels abhängiger Endanschlag realisierbar.
Optional ist in dem erfindungsgemäßen Bedienelement eine Schaltkulisse zur Begrenzung der möglichen Kipprichtungen des Hebels angeordnet. Dadurch werden ausschließlich gewünschte Kipprichtungen des Hebels zugelassen, beispielsweise vier oder acht. Außerdem ist durch die Schaltkulisse für jede Kipprichtung die maximale Auslenkung des Hebels individuell begrenzbar. In einer Fortbildung dieser Ausgestaltungsform sind durch die Schaltkulisse zugelassene Kipprichtungen dynamisch sperrbar. Dadurch kann die Anzahl der Kipprichtungen in Abhängigkeit des Zustands der bedienten Einrichtung während des Betriebes weiter beschränkt werden. In einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung begrenzt die Form des Aufnahmeelements am Hebelarm die möglichen Kipprichtungen des Hebels. Dazu weist das Aufnahmeelement beispielsweise sternförmig angeordneten Nuten auf, in denen sich das Kraftübertragungselement beim Kippen des Hebels bewegt. Eine Bewegung des Kraftübertragungselements außerhalb der Nuten ist nicht möglich, wodurch dazu korrespondierende Kipprichtungen des Hebels blockiert werden.
Bevorzugt weist das Bedienelement mindestens eine Reflexionslichtschranke zur Detektion der Kipprichtung des Hebels auf. Sender und Empfänger der Reflexionslichtschranke sind beispielsweise ortsfest im Bedienelement angeordnet, während der Reflektor, beispielsweise in Form einer reflektierenden Fläche, direkt oder indirekt am Hebel angeordnet ist. Je nach Kipprichtung des Hebels ändert sich der Abstand der reflektierenden Fläche zu Sender und Empfänger, was zu einer Änderung des Ausgangssignals der Reflexionslichtschranke führt. Aus dem Ausgangssignal der Reflexionslichtschranke wird die Kipprichtung des Hebels bestimmt. Alternativ weist das Bedienelement mindestens eine Gabellichtschranke für jede mögliche Kipprichtung des Hebels auf, wobei jede Gabellichtschranke eine mögliche Kipprichtung des Hebels detektiert.
Alternativ weist das Bedienelement mindestens einen Schleifkontakt zur Detektion der Kipprichtung des Hebels auf. So sind beispielsweise mindestens eine Kontaktfläche ortsfest im Bedienelement und eine Schleiffeder am Hebel angeordnet. Je nach Position des Hebels kontaktiert die Schleiffeder eine andere Kontaktfläche oder eine andere Position innerhalb einer Kontaktfläche. Daraus ist die Position des Hebels bestimmbar.
In einer Ausführungsform weist das Bedienelement eine Lichtschranke, insbesondere eine Gabellichtschranke, zur Detektion der Schwenkbewegung des Hebelarms auf. Ist der Hebel über eine Schaltschwelle gekippt oder gedrückt worden, so ist auch eine festgelegte Auslenkung des Hebelarms erreicht oder überschritten. Dieses Erreichen oder Überschreiten wird mittels der Gabellichtschranke detektiert. Die Schaltschwelle bezeichnet dabei die Auslenkung des Hebels, bei der das Bedienelement als betätigt angesehen wird. Sie ist in Figur 22 beispielhaft eingetragen. Der Vorteil der Verwendung einer Lichtschranke liegt in der sicheren Detektion der Schaltschwelle. Ist diese Schaltschwelle erreicht, so wird mittels der vorstehend aufgeführten Elemente die Kipprichtung des Hebels oder ein Pushen des Hebels detektiert. Durch die Verwendung dieser zusätzlichen Lichtschranke lassen sich insbesondere Toleranzen und Streuungen bei der Herstellung und Montage der Reflexionslichtschranken ausgleichen. Alternativ zu einer Lichtschranke wird ein Nullkraftschalter zur Detektion der Schwenkbewegung des Hebelarms verwendet. Bei einem Nullkraftschalter handelt es sich um einen Schalter, der seiner Betätigung keine oder nur eine sehr geringe Kraft entgegensetzt, und somit die mittels des Permamer.trnagnetpaares erzeugt Haptik nicht fühlbar beeinflusst.
Bevorzugt ist am ersten Ende des Hebels ein Bedienknopf angeordnet. Dieser Bedienknopf ermöglicht eine sichere und komfortable Bedienung des Bedienelements. Optional weist der Bedienknopf weitere Funktionalitäten auf, beispielsweise die eines Drehstellers. In einer speziellen Ausführungsvariante ist der Bedienknopf elastisch auf dem ersten Hebelende gelagert, beispielsweise mittels einer Feder. Dies ermöglicht eine gezielte Einstellung der Push- Haptik.
Ein erfindungsgemäßes Bedienteil weist also den Vorteil auf, für jede Kipprichtung eine exakt bestimmbare Haptik erzeugen zu können, wobei der Haptikverlauf insbesondere für jede Kipprichtung gleich sein kann. Auch ist die Realisierung einer Pushhaptik möglich. Durch die Ausgestaltung des Aufnahmeelements am Hebelarm sind die Kipprichtungen des Hebels ohne weitere Bauteile begrenzbar. Außerdem wird der Hebel durch das Zusammenwirken des Kraftübertragungselements mit dem Aufnahmeelement am Hebelarm zuverlässig in der Mittelstellung zentriert.
Weiterhin vorgeschlagen wird eine Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung für ein Bedienelement mit einer kippbaren Handhabe, insbesondere ein Bedienelement wie vorstehend beschrieben. Diese Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung weist mindestens eine Lichtschranke, eine ortsfest im Bedienelement angeordnete Maske mit mindestens einer Ausnehmung und ein mit der Handhabe verbundenes, relativ zur Maske bewegliches Abschirmelement auf, wobei das Abschirmelement abhängig von der Position der Handhabe keine, eine oder mehrere Ausnehmungen der Maske verdeckt.
Die Maske dient dazu, den Strahlengang einer Lichtschranke auf einen definierten Raumbereich zu beschränken. Dazu sind in die Maske Ausnehmungen eingebracht, insbesondere in Form von Schlitzen. Das Abschirmelement ist derart im Bedienelement angeordnet, dass es sich bei Betätigung der Handhabe relativ zur Maske bewegt. Das Abschirmelement ist undurchlässig für das Licht der Lichtschranken, wobei optional lichtdurchlässige Bereiche in das Abschirmelement eingebracht sind. Diese Bereiche werden beispielsweise durch eine Ausnehmung oder ein Fenster aus lichtdurchlässigem Material gebildet. Das Abschirmelement verdeckt eine Ausnehmung der Maske genau dann, wenn ein lichtundurchlässiger Be- reich über der Ausnehmung liegt. Bei der Handhabe handelt es sich beispielsweise um den Hebel des vorstehend beschriebenen Bedienelements.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform verdecken die lichtundurchlässigen Bereiche des Abschirmelements bei unbetätigter Handhabe keine der Ausnehmungen in der Maske. Wird die Handhabe betätigt, so schiebt sich ein lichtundurchlässiger Bereich des Abschirmelements über eine oder mehrere Ausnehmungen der Maske und unterbricht somit die zugehörigen Lichtschranken. Anhand dieser Unterbrechungen ist die Kipprichtung der Handhabe ermittelbar.
Bevorzugt weist die Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung für jede mögliche Kipprichtung der Handhabe mindestens eine Lichtschranke auf. Dadurch wird erreicht, dass für jede Kipprichtung die Schaltschwelle exakt positioniert werden kann, indem das Abschirmelement bei einer vorgegebenen Auslenkung der Handhabe in diese Kipprichtung die zugehörige Lichtschranke unterbricht. Dabei liegt die Schaltschwelle bevorzugt für alle Kipprichtungen bei der gleichen Auslenkung der Handhabe. Alternativ sind acht mögliche Kipprichtungen mittels vier Lichtschranken detektierbar, die bevorzugt gleichmäßig beabstandet auf einer Kreisbahn angeordnet sind. Bei einer schrägen Auslenkung der Handhabe werden so zwei Lichtschranken vom Abschirmelement unterbrochen.
Optional weisen zwei Lichtschranken eine gemeinsame Lichtquelle auf. Die gemeinsame Lichtquelle ist so angeordnet, dass das von ihr ausgestrahlte Licht durch zwei Ausnehmungen in der Maske auf zwei Photosensoren trifft. Jeder Strahlengang von der Lichtquelle zu einem der Photosensoren ist durch das Abschirmelement unabhängig von dem anderen Strahlengang unterbrechbar. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer verringerten Anzahl von Lichtquellen bei einer gleichbleibenden Anzahl an Lichtschranken. Analog kann eine Lichtquelle auch von drei oder mehr Lichtschranken gemeinsam genutzt werden.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Abschirmelement sternförmig ausgebildet. Dabei dient jeder Arm des Sterns der Verdeckung einer oder mehrer Ausnehmungen der Maske. Im Extremfall besteht das Abschirmelement aus einem einzigen Arm, der so ausgestaltet ist, dass er jede beliebige Ausnehmung der Maske verdecken kann. In einer anderen Variante ist das Abschirmelement ring- oder scheibenförmig augebildet.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung besteht das Abschirmelement aus einem flexiblen Material, insbesondere einer Folie. Der Vorteil eines flexiblen Materials besteht darin, dass sich das Abschirmelement bei Berührung mit der Maske verformen kann und deshalb in ge- ringem Abstand von der Maske an der Handhabe befestigt werden kann. Ein starres Abschirmelement hingegen muss so weit von der Maske an der Handhabe angeordnet sein, dass das Abschirmelement bei betätigter Handhabe die Maske nicht oder nur leicht berührt. Die Verformbarkeit eines flexiblen Abschirmelements führt daher zu einer erhöhten Freiheit bei der Ausgestaltung des Bedienelements und einer reduzierten Bauhöhe. Außerdem deckt ein an der Maske anliegendes Abschirmelement die Ausnehmungen in der Maske zuverlässig ab.
Optional weist das flexible Abschirmelement einen tellerförmigen Querschnitt auf. Aufgrund dieses tellerförmigen Querschnitts liegen die Enden des Abschirmelements bevorzugt bereits in Mittelstellung der Handhabe mit leichtem Druck auf der Maske auf.
Die Erfindung soll anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dabei zeigt:
Figur 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Bedienelements,
Figur 2a-d einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bedienelement mit verschiedenen Hebelstellungen,
Figur 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Bedienelements mit abgerundetem zweitem Ende des Hebels als Kraftübertragungselement,
Figur 4 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Bedienelements mit würfelförmigem Kraftübertragungselement,
Figur 5 einen Teil eines erfindungsgemäßen Bedienelements mit zwei Reflexionslichtschranken,
Figur 6 einen Teil eines erfindungsgemäßen Bedienelements mit zwei potentiometri- schen Schleifkontakten,
Figur 7 einen Teil eines erfindungsgemäßen Bedienelements mit zwei Schleifkontakten,
Figur 8 einen Teil eines erfindungsgemäßen Bedienelements mit vier Schleifkontakten,
Figur 9 ein Bedienelement mit einer Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung,
Figur 10 das Bedienelement aus Figur 9 mit gekipptem Hebel,
Figur 11 eine Aufsicht auf die Maske und das Abschirmelement aus den Figuren 9 und 10,
Figur 12 ein Bedienelement mit einer Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung und flexiblem Abschirmelement
Figur 13 das Bedienelement aus Figur 12 mit gekipptem Hebel, Figur 14a-h Aufsichten auf verschiedene Ausführungsformen des Abschirmelements, Figur 15a-f Einzelkomponenten einer Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung, Figur 16 ein Bedienelement mit einer Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung und Lichtschranken mit gemeinsamer Lichtquelle,
Figur 17 das Bedienelement aus Figur 16 mit gekipptem Hebel, Figur 18 ein Bedienelement mit pyramidenförmigem Kraftübertragungselement, Figur 19a-c verschiedene Ausführungen eines Kraftübertragungselements, Figur 20a-f verschiedene Ausführungen eines Aufnahmeelements, Figur 21 einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Bedienelements mit einem federgelagerten Bedienknopf und Figur 22 einen Kraftverlauf über der Auslenkung des Hebels.
In der folgenden Figurenbeschreibung angegebene Richtungen und Orientierungen beziehen sich auf die in den Figuren dargestellte Ausrichtung, von der die Ausrichtung des be- dienelements im eingebauten Zustand abweichen kann.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Bedienelements 1 mit einem kippbar in einem Gehäuse 5 gelagerten Hebel 2. Ein erstes Ende 3 des Hebels 2 erstreckt sich aus dem Gehäuse 5 heraus. Das zweite Ende 4 des Hebels 2 weist eine Ausnehmung auf, die Teile einer Kugel 8 aufnimmt. Ein anderer Teil der Kugel 8 wird von einem Aufnahmeelement in Form einer Ausnehmung 7 eines schwenkbar gelagerten Hebelarms 6 aufgenommen. Das Bedienelement 1 weist weiterhin ein Permanentmagnetpaar 9 auf, wobei ein Magnet 10 am Hebelarm 6 und ein Magnet 11 ortsfest im Gehäuse 5 angeordnet ist. In der in Figur 1 dargestellten Mittelstellung des Hebels 2 sind die Magnete 10 und 11 derart angeordnet, dass sich ungleiche Pole beabstandet gegenüberstehen. In allen Figuren sind die Nordpole der Magnete schraffiert und die Südpole der Magnete punktiert dargestellt. Figur 2a zeigt einen weiteren Teilschnitt des Bedienelements 1 mit einigen weiteren Komponenten.
Durch die Anziehungskraft zwischen den Magneten 10 und 11 wird der Hebelarm 6 in der in Figur 1 und 2a dargestellten Ruheposition gehalten. Kippt der Benutzer das erste Ende 3 des Hebels 2 wie in Figur 2b gezeigt nach links, so bewegt sich das zweite Ende 4 des Hebels 2 nach rechts. Dadurch wird die Kugel 8 nach rechts gedrückt. Es ergibt sich eine Rollbewegung der Kugel 8 zwischen der linken Flanke der Ausnehmung im Hebel 2 und der Flanke 13 der Ausnehmung 7 im Hebelarm 6. Durch die Form und Ausrichtung der Flanken der Ausnehmungen wird der Hebel 6 derart um seine Drehachse geschwenkt, dass sich dessen linkes, den Magneten 10 tragendes Ende nach unten bewegt. Dieser Bewegung entgegengesetzt wirkt die Anziehungskraft der Magnete 10 und 11 , die über den Hebelarm 6, die Kugel 8 und den Hebel 2 auf den Benutzer übertragen wird. Zum Kippen des Hebels 2 muss der Benutzer diese Gegenkraft überwinden. Mit zunehmender Auslenkung des ersten Hebelendes 3 aus der Mittelstellung steigt die aufzubringende Kraft wie in Figur 22 dargestellt zunächst an, bis sich gleiche Pole der Magnete 10 und 11 gegenüberstehen. Danach fällt die aufzubringende Kraft ab, bis der Hebelarm 6 den Endanschlag 20 erreicht. Durch den Rückgang der aufzubringenden Kraft wird dem Benutzer haptisch signalisiert, dass der Schaltvorgang erfolgt ist.
Wird das erste Hebelende 3 wie in Figur 2c gezeigt nach rechts gekippt, so bewegt sich das zweite Hebelende 4 und damit die Kugel 8 nach links. Die Kugel 8 drückt gegen die Flanke 12 der Ausnehmung 7 und schwenkt damit das linke Ende des Hebelarms 6 gegen die Anziehungskraft des Permanentmagnetpaares 9 nach unten. Das linke Ende des Hebelarms 6 schwenkt ebenfalls nach unten, wenn das erste Ende 3 des Hebels 2 in die Zeichenebene hinein oder aus der Zeichenebene hinaus gekippt wird. Das linke Ende des Hebelarms 6 schwenkt daher bei jeder Betätigung des Bedienelements 1 unabhängig von der Kipprichtung des Hebels 2 nach unten. Gleiches gilt für das Drücken des Hebels 2 entlang seiner Längsachse. Dies ist in Figur 2d dargestellt. Die Kugel 8 dient als Kraftübertragungselement, das die Kipp- oder Drückbewegung des Hebels 2 in eine Schwenkbewegung des Hebelarms 6 überführt.
In den Figuren 2a bis 2d ist weiterhin eine Reflexionslichtschranke 14 mit einem Sender 15 und einem Empfänger 16 dargestellt. Das vom Sender 15 ausgesendete Licht wird von einem Reflektor in Form einer reflektierenden Fläche 17, die am Hebel 2 angeordnet ist, zum Empfänger 16 reflektiert. Wird der Hebel 2 gekippt, so ändert sich der Abstand sowie der Winkel der reflektierenden Fläche 17 zum Sender 15 und dem Empfänger 16. Bei dem in Figur 2b dargestellten Kippen des Hebelendes 3 nach links entfernt sich die reflektierende Fläche von der Reflexionslichtschranke 14, so dass der Pegel des Ausgangssignals des Empfängers 16 abnimmt. Bei dem in Figur 2c dargestellten Kippen des Hebelendes 3 nach rechts nähert sich die reflektierende Fläche 17 der Reflexionslichtschranke 14, wodurch der Pegel des Ausgangssignals des Empfängers 16 ansteigt. Aus diesem Ausgangssignal lässt sich somit die Kipprichtung des Hebels 2 bestimmen.
Das in den Figuren 2a bis 2d dargestellte Bedienelement 1 weist weiterhin eine Gabellichtschranke 18 auf. In den Erfassungsbereich dieser Gabellichtschranke 18 taucht ein auf dem Hebelarm 6 angeordneter Vorsprung 19 ein. In der in Figur 2a dargestellten Mittelstellung des Hebels 2 unterbricht der Vorsprung 19 die Gabellichtschranke 18. Hat der Hebel 2 die Schaltschwelle und der Hebelarm 6 somit eine gewisse Auslenkung erreicht, wie es in Figur 2b und 2c dargestellt ist, oder wurde der Hebel 2 wie in Figur 2d gezeigt entlang seiner Längsachse bis über die Schaltschwelle gedrückt, so befindet sich der Vorsprung 19 nicht mehr im Erfassungsbereich der Gabeiiichtschranke 18. Dies verursacht eine Veränderung des Ausgangssignals der Gabellichtschranke 18, anhand derer die Betätigung des Bedienelements 1 detektiert wird. Ist diese Betätigung detektiert worden, wird ermittelt, ob und in welche Richtung der Hebel 2 gekippt wurde oder ob der Hebel 2 gedrückt wurde.
Figur 3 zeigt Teile einer alternativen Ausgestaltungsform eines Bedienelements 21 , bei dem das zweite Ende 24 des Hebels 22 als Kraftübertragungselement 28 ausgeformt ist. Durch ein Kippen des Hebels 22 gleitet das abgerundete Ende 28 des Hebels 22 über die Flanken der in den Hebelarm 26 eingebrachten Ausnehmung 27 und drückt das freie Ende des Hebelarms 26 herunter. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist der einfache Aufbau, bei dem kein weiteres Element, beispielsweise in Form einer Kugel, notwendig ist.
In den Figuren 20a bis 2Of sind verschiedene mögliche Ausgestaltungsformen des Aufnahmeelements angegeben. Es wird davon ausgegangen, dass es sich um Ausnehmungen im Hebelarm handelt. Das Aufnahmeelement kann jedoch beispielsweise auch durch eine sonstige Ausformung mit der angegebenen Form gebildet werden. In einigen der Figuren ist eine Kugel 220 als Kraftübertragungselement angegeben. Alternativ zu der Verwendung einer Kugel 220 wird das Kraftübertragungselement, wie in Figur 3 dargestellt, von dem abgerundeten Ende des Hebels gebildet. Durch die Form des Aufnahmeelements werden die möglichen Rollrichtungen der Kugel beziehungsweise Gleitrichtungen des Hebelendes beschränkt. Dies beschränkt gleichzeitig die möglichen Kipprichtungen des Hebels, ohne dass eine separate Kulisse notwendig ist.
Figur 20a zeigt eine kegelförmige Ausnehmung 221. In dieser Ausgestaltungsform gibt es keine Vorzugsrichtungen für die Rollbewegung der Kugel 220, weshalb der Hebel des Bedienelements in jede beliebige Richtung kippbar ist. Figur 20b zeigt eine pyramidenförmige Ausnehmung 222. Die Kugel 220 bewegt sich bevorzugt eine der vier Richtungen, in denen zwei Seitenflächen der Pyramide aufeinandertreffen, wobei die Kugel 220 prinzipiell auch auf einer der Seitenflächen der Ausnehmungen rollen kann.
Bei der in Figur 20c dargestellten Ausnehmung 223 sind die Seitenflächen der Pyramide zweigeteilt, wobei die Berührungslinie der beiden Teilflächen in die Ausnehmung hinein geneigt ist und die beiden Teilflächen somit gegeneinander geneigt sind. Dadurch ergeben sich vier Nuten in den vier Richtungen, in denen zwei Seitenflächen der Pyramide zusammentreffen. Durch den Winkel der Teilflächen zueinander rollt die Kugel 220 bei Betätigung des Hebels in eine andere als eine vorgesehene Kipprichtung auf der Teilfläche in eine der vier Nuten ab. Dies führt zu vier möglichen Kipprichtungen des Hebels. Figur 2Od zeigt die Ausnehmung 224 als Abwandlung der Ausnehmung 223 in Figur 20c. Die Ausnehmung 224 weist acht Nuten auf, in denen die Kugel 220 rollen kann, und somit acht mögliche Kipprichtungen des Hebels. Die Figuren 2Oe und 2Of zeigen Ausnehmungen 225 und 226 ähnlich den Ausnehmungen 223 und 224 in den Figuren 20c und 2Od, wobei die Kanten der Ausnehmungen 225 und 226 abgerundet sind.
Figur 4 zeigt einen Teil einer alternativen Ausgestaltungsform eines Bedienelements 31 , bei dem als Kraftübertragungselement statt einer Kugel ein Würfel 38 verwendet wird. In der dargestellten Mittelstellung des Hebels 32 liegt eine Seitenfläche des Würfels 38 in einer Ausnehmung am zweiten Ende 34 des Hebels 32 und die gegenüberliegende Seite des Würfels 38 in einer Ausnehmung 37 des Hebelarms 36. Wird der Hebel 32 gekippt, so kippt der Würfel 38 über eine seiner Kanten und übt dadurch eine Kraft auf den Hebelarm 36 aus. Der Hebelarm 36 schwenkt daraufhin um seinen in Figur 4 nicht dargestellten Lagerpunkt.
Figur 18 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltungsform eines Bedienelements 201. Das Kraftübertragungselement zwischen dem zweiten Ende 204 des Hebels 202 und dem Hebelarm 206 besteht aus einer vierseitigen Pyramide 208, deren Grundfläche in Mittelstellung des Hebels 202 am zweiten Ende 204 des Hebels 202 aufliegt und deren Spitze sich in eine Ausnehmung 207 des Hebelarms 206 erstreckt. Wird das erste Ende 203 des Hebels ausgelenkt, so kippt die Pyramide 208 über eine Kante ihrer Grundfläche. Dadurch ändert sich der Abstand zwischen dem zweiten Ende 204 des Hebels 202 und dem Hebelarm 206. Aufgrund der Lagerung des Hebels 202 führt dies zu einer Schwenkbewegung des Hebelarms 206 um seine Lagerung. Die Haptikerzeugung erfolgt analog zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen anhand eines Permanentmagnetpaares.
Alternativ zu der Pyramide 208 ist das in Figur 19a dargestellte Element 210 verwendbar. Es besteht aus einer viereckigen Grundfläche 211 , in deren Mitte eine Spitze 212 angeordnet ist. Die Grundfläche 211 steht in Kontakt mit dem zweiten Ende 204 des Hebels 202, während die Spitze 212 in die Ausnehmung 207 des Hebelarms 206 eingreift. Beim Kippen des Hebels 202 kippt das Element 210 über eine Kante seiner Grundfläche 211 und schwenkt dadurch den Hebelarm 206.
Die Anzahl der Seiten der Pyramide entspricht der Anzahl der möglichen Kipprichtungen des Hebels. So zeigt Figur 19b eine Pyramide 213 mit einer sechsseitigen Grundfläche 214 für ein Bedienelement mit sechs Kipprichtungen und Figur 19c eine Pyramide 215 mit einer achteckigen Grundfläche 216 für ein Bedienelement mit acht Kipprichtungen. Die Anzahl der Seiten der Pyramide ist prinzipiell beliebig wählbar. Im Grenzfall wird die Pyramide zu einem Kegel mit kreisförmiger Grundfläche. Anstatt einer Pyramide ist stets ein Element analog zu dem in Figur 19a dargestellten mit einer entsprechenden Grundfläche möglich.
Figur 5 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Bedienelements. Dabei sind zwei Reflexionslichtschranken 47 und 51 auf einer Platine 41 rechtwinklig zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass die Reflexionslichtschranken bezogen auf die Längsachse des Hebels 42 um 90 Grad versetzt auf der Platine 41 angeordnet sind. Die Reflexionslichtschranke 47, bestehend aus dem Sender 48, dem Empfänger 49 und dem Reflektor 50, dient der Detekti- on der Kipprichtung links und rechts des Hebels 42, die Reflexionslichtschranke 51 , bestehend aus dem Sender 52, dem Empfänger 53 und dem Reflektor 54, dient der Detektion der dazu senkrechten Kipprichtungen vorne und hinten des Hebels 42. Je nach Kipprichtung ändert sich die Lage des Reflektors 50 beziehungsweise 54 in der jeweiligen Lichtschranke, was zu einem veränderten Ausgangssignal der Lichtschranke 47 beziehungsweise 51 führt. Aus diesem Ausgangssignal ist die Kipprichtung des Hebels 42 bestimmbar. Eine zusätzliche Gabellichtschranke 44, bestehend aus einem Sender 45 und einem Empfänger 46, dient, wie anhand der Figuren 2a bis 2d beschrieben, der Detektion der Betätigung des Bedienelements.
Figur 6 zeigt anhand eines Teils eines weiteren erfindungsgemäßen Bedienelements eine alternative Konfiguration zur Detektion der Kipprichtung des Hebels 62. Dazu sind am Hebel 62 zwei Schleiffedern 68 und 70 rechtwinklig zueinander angeordnet, die in Kontakt mit den Kontaktflächen 67 beziehungsweise 69 stehen. Die Kontaktflächen 67 und 69 sind als Potentiometerschichten ausgebildet, die einen definierten elektrischen Widerstand aufweisen. Durch Kippen des Hebels 62 bewegt sich die Schleiffeder 68 über die Kontaktfläche 67 beziehungsweise die Schleiffeder 70 über die Kontaktfläche 69. Über eine Messung des Widerstands über den Schleiffedern 68 beziehungsweise 70 sind die Kipprichtung und/oder die Auslenkung des Hebels 62 berechenbar. Die aus dem Sender 65 und dem Empfänger 66 bestehende Gabellichtschranke 64 dient der Erfassung der Schaltschwelle, die eine Betätigung des Bedienelements signalisiert.
Figur 7 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Bedienelements. Auf einer Leiterplatte 81 sind rechtwinklig zueinander zwei Kontaktflächenpaare aus den Kontaktflächen 88 und 89 beziehungsweise 91 und 92 angeordnet. An dem Hebel 82 sind die Kontaktfedern 87 und 90 rechtwinklig zueinander befestigt. In Mittelstellung des Hebels 82 befinden sich die Enden der Schleiffedern 87 beziehungswei- se 90 zwischen den Kontaktflächen der zugehörigen Kontaktflächenpaare, ohne einen elektrischen Kontakt herzustellen. Wird das erste Hebelende 83 des Hebels 82 beispielsweise nach rechts ausgelenkt, so verschiebt sich das Ende der Schleiffeder 90 auf der Platine 81 nach links und stellt einen Kontakt mit der Kontaktfläche 91 her. Das Vorliegen dieses Kontakts wird von einer nicht dargestellten Auswerteelektronik registriert und als Kippen des Hebels 82 nach rechts interpretiert. Die Detektion der anderen Kipprichtungen erfolgt über die Kontaktflächen 88, 89 und 92 analog.
Ebenfalls auf der Platine 81 angeordnet ist eine Gabellichtschranke 84 bestehend aus einem Sender 85 und einen Empfänger 86 zur vorstehend geschilderten Detektion der Betätigung des Bedienelements.
Figur 8 zeigt in Aufsicht einen Teil eines Bedienelements mit einer Platine 101 und einem Hebel 105. Der Hebel 105 erstreckt sich durch eine Ausnehmung in der Leiterplatte 101 , wobei die Ausnehmung von einer Kontaktfläche 114 umgeben ist, an der eine Spannung, im vorliegenden Beispiel in Höhe von 5 Volt, anliegt. An dem Hebel 105 sind kreuzförmig vier Schleifkontakte 106, 107, 108 und 109 angeordnet. Je nach Stellung des Hebels 105 stellen die Schleifkontakte 106 bis 109 einen elektrischen Kontakt zwischen der Kontaktfläche 114 und einer oder mehreren der Kontaktflächen 110 bis 113 her. Anhand der hergestellten Kontakte ermittelt eine in Figur 8 nicht dargestellte Auswerteelektronik die Kipprichtung des Hebels 105. Alternativ sind die Schleifkontakte 106 bis 109 direkt mit einer Spannungsquelle verbunden, beispielsweise mittels eines Kabels. Dadurch kann auf die Kontaktfläche 114 verzichtet werden. Die aus dem Sender 103 und dem Empfänger 104 bestehende Gabellichtschranke 102 dient, wie anhand der vorstehenden Ausführungsbeispiele beschrieben, der Detektion der Betätigung des Bedienelements.
Figur 9 zeigt ein Bedienelement 121 mit einer Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung. Im Bedienelement 121 sind vier Lichtschranken angeordnet, die jeweils aus einer Leuchtdiode und einem Photosensor bestehen. In Figur 9 sind die Leuchtdioden 126, 130 und 133 und die zugehörigen Photosensoren 125, 129 und 134 dargestellt, die vierte Lichtschranke wird vom Hebel 122 verdeckt. Der Strahlengang des von den Leuchtdioden 126 und 130 ausgesendeten Lichts ist mit 127 und 131 angedeutet. Das Licht fällt auf eine Maske 123, die mit Ausnehmungen 135 versehen ist. Die Ausbreitung des Lichts hinter der Maske 123 ist mit 128 beziehungsweise 132 bezeichnet. In der dargestellten Mittelstellung des Bedienelements 121 beeinflusst ein am Hebel 122 angeordnetes, kreuzförmiges, starres Abschirmelement 124 die Ausbreitung des Lichts nicht. Figur 10 zeigt das Bedienelement 121 aus Figur 9, wobei der Hebel 122 nach rechts gekippt wurde. Das mit dem Hebel 122 verbundene Abschirmelement wird dadurch ebenfalls geneigt, wobei es nun in den Ausbreitungsbereich 128 des Lichts der iinken Lichtschranke hineinragt und die Photodiode 125 abschattet. Aus dieser Unterbrechung der linken Lichtschranke erkennt eine nicht dargestellt Elektronik, dass der Hebel 122 nach rechts gekippt wurde.
Figur 11 zeigt eine Aufsicht der Maske 123 und des Abschirmelements 124 aus den Figuren 9 und 10 bei Mittelstellung des Hebels 122. Bei einer Betätigung des Hebels 122 wird das Abschirmelement 124 relativ zur Maske 123 verschoben und verdeckt eine oder mehrere der Ausnehmungen 135, wodurch die zugehörigen Lichtschranken unterbrochen werden. Aus der Information über die unterbrochenen Lichtschranken ist die Kipprichtung des Hebels 122 bestimmbar.
Die Figuren 12 und 13 zeigen das Bedienelement 141 als Abwandlung des Bedienelements 121 aus den Figuren 9 und 10. Das Bedienelement 141 weist eine Maske 143 mit Ausnehmungen 149 auf. An dem Hebel 142 ist ein flexibles, kreuzförmiges Abschirmelement 144 mit vier Armen angeordnet, das in der Schnittdarstellung in Figur 12 einen tellerförmigen Querschnitt aufweist. Flexibel bedeutet, dass das Abschirmelement durch die Bewegung des Hebels 142 verformbar ist. In Figur 12 ist der Hebel 142 in seiner Mittelstellung dargestellt. Die Enden der Arme des Abschirmelements 144 liegen auf der Maske 143 auf und verdecken die Ausnehmungen 149 nicht. Das Licht der Leuchtdioden 145 und 147 trifft demnach auf die Photodioden 146 beziehungsweise 148. Die Aufsicht auf die Maske 143 und das Abschirmelement 144 entspricht analog der Aufsicht aus Figur 11.
In Figur 13 ist der Hebel 142 nach rechts gekippt, wodurch sein unteres Ende nach links ausgelenkt ist. Dadurch verschiebt sich das Abschirmelement 144 gegenüber der Maske 143, wobei das Ende des rechten Arms des Abschirmelements 144 weiterhin auf der Maske 143 aufliegt. Der linke Arm des Abschirmelements 144 verdeckt nun die linke Ausnehmung 149 der Maske 143, wodurch das von der Leuchtdiode 145 ausgesendete Licht die Photodiode 146 nicht mehr erreicht.
Die Figuren 14a bis 14d zeigen die Aufsichten möglicher Ausgestaltungsformen des Abschirmelements bei vier möglichen Kipprichtungen des Hebels. In Figur 14a ist das Abschirmelement 161a kreuzförmig ausgebildet, wobei in die Enden der vier Arme lichtdurchlässige Fenster 162a eingebracht sind. In Mittelstellung des Hebels liegen alle Fenster 162a über den Ausnehmungen 163a, sodass keine der Lichtschranken unterbrochen ist. Wird der Hebel gekippt und das Abschirmelement 161a dabei beispielsweise nach links bewegt, so verdeckt das Abschirmelement 161a die linke Ausnehmung 163a in der Maske 160a, die rechte Ausnehmung 163a befindet sich jedoch immer noch im Bereich des rechten Fensters 162a im Abschirmelement 161a und die rechte Lichtschranke wird nicht unterbrochen.
Die Funktionsweise der Abschirmelemente 161b in Figur 14b und 161d in Figur 14d ist analog zu der des Abschirmelements 161a in Figur 14a. Das Abschirmelement 161b besteht aus einer ringförmigen Grundstruktur, die kreuzförmig angeordnete Fortsätze aufweist. In diese Fortsätze sind Fenster 162b eingebracht. Das Abschirmelement 161d ist scheibenförmig ausgebildet, wobei in die Scheibe die Fenster 162d eingebracht sind. Das Abschirmelement 161c in Figur 14c ist ebenfalls scheibenförmig ausgebildet, jedoch weist die Scheibe keine Fenster auf. Bei einer Kippbewegung des Hebels wird die Scheibe 161c so gegenüber der Maske 161c verschoben, dass sie eine oder mehrere der Ausnehmungen 163c verdeckt.
Die Abschirmelemente 161e, 161f und 161 h in den Figuren 14e, 14f und 14h sind analog zu denen in den Figuren 14a, 14b und 14d aufgebaut, weisen jedoch jeweils acht Fenster auf, um acht Kipprichtungen des Hebels detektieren zu können. Das Abschirmelement 161g aus Figur 14g ist wieder scheibenförmig ausgebildet und nicht mit Fenstern versehen. Bei einer Kippbewegung des Hebels wird die Scheibe 161g so gegenüber der Maske 161g verschoben, dass sie eine oder mehrere der Ausnehmungen 163g verdeckt
Die Figuren 15a bis 15e zeigen die einzelnen Komponenten einer Kipprichtungs- Auswertungsvorrichtung. Figur 15a zeigt eine Leiterplatte 170, auf deren Oberseite jeweils paarweise vier Photosensoren 171 , 172, 173 und 174 angeordnet sind. Die Photosensoren 171 und 172 detektieren eine Betätigung des Bedienelements nach links oder rechts, die Photosensoren 173 und 174 eine Betätigung nach oben oder unten. Figur 15b zeigt eine Leiterplatte 177, an deren Unterseite Leuchtdioden 175 und 176 angeordnet sind. Die Leiterplatten 170 und 177 sind derart in einem Bedienelement angeordnet, dass die Leuchtdiode 175 die Photosensoren 171 und 172 und die Leuchtdiode 176 die Photosensoren 173 und 174 beleuchtet.
Zwischen den Leiterplatten angeordnet sind die Maske 178 aus Figur 15c und das Abschirmelement 183 aus Figur 15d. In die Maske 178 sind schlitzförmige Ausnehmungen 179, 180, 181 und 182 eingebracht. Das Abschirmelement 183 besteht aus zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Armen. In den ersten Arm sind die Fenster 184 und 185 eingebracht, in den zweiten Arm die Fenster 186 und 187. Die Fenster 184 bis 187 sind im Gegensatz zum restlichen Abschirmelement 183 durchlässig für das Licht der Leuchdioden 175 und 176. In Figur 15e ist eine dreidimensionale Ansicht dargestellt, die die räumliche Ausbildung des Abschirmelements 183 zeigt. Die mit den Fenstern versehenen Enden der Arme des Abschirmelements liegen auf der Maske 178 auf. Die Photosensoren 171 und 172 beziehungsweise 173 und 174 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel optional schachbrettartig gegeneinander versetzt angeordnet. Dies vereinfacht die Montierbarkeit auf der Leiterplatte 170 und reduziert das Streulicht, das durch eine andere als die dem Photosensor zugeordnete Ausnehmung der Maske 178 tritt.
Figur 15f zeigt eine Aufsicht auf die zusammengefügten Komponenten aus den Figuren 15a bis 15d, wobei die Leiterplatte 177 weggelassen wurde. Die Leuchtdiode 175 strahlt ihr Licht durch die Ausnehmung 179 auf den Photosensor 171 und durch die Ausnehmung 180 auf den Photosensor 172. Die Leuchtdiode 176 strahlt ihr Licht durch die Ausnehmung 181 auf den Photosensor 173 und durch die Ausnehmung 182 auf den Photosensor 174. Dadurch werden insgesamt vier Lichtschranken gebildet, wobei jeweils zwei Lichtschranken eine gemeinsame Leuchtdiode als Lichtquelle nutzen. Dies ist auch in Figur 16 dargestellt, die ein Bedienelement mit der Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung aus Figur 15f zeigt. Weiterhin sind die von den Leuchtdioden 175 und 176 ausgeleuchteten Bereiche dargestellt.
In Figur 17 ist der Hebel des Bedienelements nach rechts gekippt, weshalb sich das Abschirmelement 183 relativ zur Maske 178 nach links verschoben hat. Der Steg zwischen den Fenstern 184 und 185 überdeckt nun die Ausnehmung 180 in der Maske 178, weshalb kein Licht mehr auf den Photosensor 172 fällt. Die Ausnehmung 179 wird immer noch vom Fenster 184 überdeckt, weshalb weiterhin Licht auf den Photosensor 171 trifft.
Figur 21 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Bedienelements. Auf den Hebel 230 ist eine Feder 233 aufgeschoben, die auf einem Vorsprung 234 des Hebels 230 aufliegt. Auf das erste Ende 231 des Hebels 230 ist weiterhin ein Bedienknopf 232 aufgeschoben, der einen Vorsprung 235 aufweist, der mit der Feder 233 zusammenwirkt. Wird die Push-Funktionalität des Bedienelements verwendet, also der Bedienknopf 232 hinabgedrückt, so wird sowohl die Feder 233 zusammengedrückt als auch der in Figur 21 nicht dargestellte Hebelarm - wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben - gegen die Anziehungskraft des ebenfalls nicht dargestellten Permanentmagnetpaares geschwenkt. Der Betätigung des Bedienknopfes 232 wird somit eine Gegenkraft entgegengesetzt, die aus der Cl- berlagerung der Federkraft und der über den Hebelarm übertragenen Magnetkraft besteht. Diese Push-Haptik ist also anhand der Feder 233 unabhängig von der Kipphaptik einstellbar. Das Pushen des Bedienknopfes 232 und des Hebels 230 ist mittels einer nicht dargestellten Lichtschranke oder eines Schalters detektierbar. Die vorstehenden Ausführungsbeispiele sind rein exemplarisch zu verstehen. Insbesondere können die Form und die Anordnung der einzelnen Elemente von den beschriebenen Ausführungsformen abweichen, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Dies betrifft insbesondere die Lagerung des Hebels, die Form des Aufnahmeelements am Hebelarm und die Ausgestaltung des Kraftübertragungselements. Prinzipiell kann die Form der Flanken der Aufnahmeelements am Hebelarm für jede Kipprichtung des Hebels individuell ausgestaltet werden, wodurch eine kipprichtungsabhängige Haptik erzeugbar ist. Zur Detektion der Kipprichtung des Hebels, der Push-Funktion und der Betätigung des Bedienelements können andere Elemente als die genannten Lichtschranken oder Schleifkontakte eingesetzt werden. Anstatt als Joystick kann das Bedienelement beispielsweise auch als Wippe oder Kreuzwippe ausgebildet sein.

Claims

PATENTANSPRUCH E
1.
Bedienelement (1), insbesondere Joystick, mit einer Kipphaptik für ein Kraftfahrzeug, aufweisend
- einen kippbar gelagerten Hebel (2) mit einem ersten (3) und einem zweiten Hebelende (4), wobei sich das erste Hebelende (3) aus einem Gehäuse (5) des Bedienelements (1) heraus erstreckt,
- einen schwenkbar gelagerten Hebelarm (6) mit einem Aufnahmeelement (7),
- ein Kraftübertragungselement (8) am zweiten Ende (4) des kippbar gelagerten Hebels (2), wobei sich das Kraftübertragungselement (8) in das Aufnahmeelement (7) des Hebelarms (6) erstreckt und eine Kippbewegung des Hebels (2) in eine Schwenkbewegung des Hebelarms (6) transformiert, sowie
- ein Permanentmagnetpaar (9), wobei ein Magnet (10) des Permanentmagnetpaares (9) an dem Hebelarm (6) und ein Magnet (11) ortsfest im Bedienelement (1) angeordnet ist derart, dass sich in Mittelstellung des Hebels (2) ungleiche Pole der Magnete (10, 11) beabstandet gegenüberstehen.
2.
Bedienelement (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Aufnahmeelement (7) um eine Ausnehmung im Hebelarm (6) handelt.
3.
Bedienelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen mechanischen
Endanschlag für den Hebel (1) und/oder den Hebelarm (6).
4.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Schaltkulisse zur Begrenzung der möglichen Kipprichtungen und / oder der Auslenkung des Hebels (2).
5.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kraftübertragungselement (8) um eine Kugel handelt.
6.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kraftübertragungselement (8) um eine Pyramide handelt.
7.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kraftübertragungselement (8) um eine Ausformung (38) des zweiten Hebelendes (34) handelt.
8.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens eine Reflexionslichtschranke (14) zur Detektion der Kipprichtung des Hebels (2).
9.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens eine Gabellichtschranke für jede mögliche Kipprichtung des Hebels (2), wobei jede Gabellichtschranke eine mögliche Kipprichtung des Hebels (2) detektiert.
10.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens einen Schleifkontakt (67, 69, 88, 89, 91 , 92) zur Detektion der Kipprichtung des Hebels (62,
82).
11.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Lichtschranke (18, 44, 64, 84), insbesondere eine Gabellichtschranke, zur Detektion der Schwenkbewegung des Hebelarms (6).
12.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , gekennzeichnet durch einen am ersten Hebelende (123) angeordneten Bedienknopf (124).
13.
Bedienelement (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedienknopf
(124) elastisch auf dem ersten Hebelende (123) gelagert ist.
14.
Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung für ein Bedienelement (121) mit einer kippbaren Handhabe (122), insbesondere ein Bedienelement (121) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend mindestens eine Lichtschranke, eine ortsfest im Bedienelement (121) angeordnete Maske (123) mit mindestens einer Ausnehmung (135) und ein mit der Handhabe (122) verbundenes, relativ zur Maske (123) bewegliches Abschirmelement (124) , wobei das Abschirmelement (124) abhängig von der Position der Handhabe (122) keine, eine oder mehrere Ausnehmungen (135) der Maske (123) verdeckt.
15.
Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (124) sternförmig ausgebildet ist.
16.
Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (124) ring- oder scheibenförmig ausgebildet ist.
17.
Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens einen lichtdurchlässigen Bereich im Abschirmelement (124).
18.
Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (124) aus einem flexiblen Material, insbesondere einer Folie besteht.
19.
Kipprichtungs-Auswertungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (124) einen tellerförmigen Querschnitt aufweist.
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