DE102006007600B4

DE102006007600B4 - Drehsteller für elektrische oder elektronische Gräte in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006007600B4
Application number: DE102006007600.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Bläsing; Waldemar Blex; Ralf Böbel; Harald Donner; Harry Engelhardt; Dr. Janca Reiner; Christian Puszcz
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2006-02-18
Filing date: 2006-02-18
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2026-02-19
Also published as: DE102006007600A1

Abstract

Drehsteller für elektrische oder elektronische Geräte in einem Kraftfahrzeug mit einem gegenüber feststehenden Gehäuseteilen drehbeweglichen Stellelement, das eine Rastkontur aufweist, in die federbelastete Rastbolzen eingreifen, und mit einer mittels eines Aktuators steuerbaren Vorrichtung, welche abhängig von der Aktuatorstellung die Drehbeweglichkeit des Stellelements gegenüber den feststehenden Gehäuseteilen verändert, wobei die Vorrichtung die Kraftwirkung der federbelasteten Rastbolzen auf die Rastkontur verändert, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Aktuatorstellung die Rastbolzen (10) in einem festen Eingriff mit der Rastkontur (18) des Stellelements (17) sind und das Stellelement (17) unter Mitnahme zumindest der Rastbolzen (10) gegenüber feststehenden Gehäuseteilen (21, 22) drehbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehsteller für elektrische oder elektronische Geräte in einem Kraftfahrzeug mit einem gegenüber feststehenden Gehäuseteilen drehbeweglichen Stellelement, das eine Rastkontur aufweist, in die federbelastete Rastbolzen eingreifen, und mit einer mittels eines Aktuators steuerbaren Vorrichtung, welche abhängig von der Aktuatorstellung die Drehbeweglichkeit des Stellelements gegenüber den feststehenden Gehäuseteilen verändert, wobei die Vorrichtung die Kraftwirkung der federbelasteten Rastbolzen auf die Rastkontur verändert.
Ein derartiger Drehsteller in einem Kraftfahrzeug ist im allgemeinen nicht für eine einzelne einzustellende Funktion vorgesehen, sondern vermag, besonders im Zusammenhang mit einer menügeführten Steuerung, eine Vielzahl von Funktionen zu steuern.
Zur Erleichterung der Bedienung ist es wünschenswert, daß der Bediener des Drehstellers haptische Rückmeldungen über den jeweiligen Bedienzustand erhält, beispielsweise wenn für eine ausgewählte Stellgröße der Anfang oder das Ende des einstellbaren Wertebereiches erreicht ist. Dies kann durch eine elektromagnetisch oder elektromotorisch betätigte Vorrichtung erfolgen.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 001 560 ist ein Drehsteller beschrieben, bei dem eine durch einen Aktuator gesteuerte Sperrklinke in eine Sperrverzahnung eingreifen und so virtuelle Endanschläge simulieren kann.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 24 149 A1 ist ein Drehsteller für elektrische oder elektronische Geräte bekannt, der eine in einem Gehäuse drehbeweglich gelagerte Welle aufweist, welche eine Zahnscheibe für eine Rast- und Verriegelungsvorrichtung besitzt. In die Rastzähne der Zahnscheibe kann eine Klinke eingreifen, um Rastklicks fühlbar zu machen oder um eine Drehung zu sperren. Die Klinke wirkt elastisch mit Federkraft auf die Zahnscheibe, wobei sie von einem Stellglied verschoben werden kann, um unterschiedliche Federkräfte zu bewirken und so die Drehbeweglichkeit der Zahnscheibe zu beeinflussen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Drehsteller zu schaffen, der auf einfache und kostengünstige Weise auch komplexere haptische Rückmeldungen an den Benutzer geben kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Aktuatorstellung die Rastbolzen in einem festen Eingriff mit der Rastkontur des Stellelements sind und das Stellelement unter Mitnahme zumindest der Rastbolzen gegenüber feststehenden Gehäuseteilen drehbar ist.
Der erfindungsgemäße Drehsteller ermöglicht damit neben einer rastenden Betätigung des Stellelements und einer Blockierung des Stellelements zur Simulation von Endanschlägen auch eine Betätigung des Stellelements gegen eine erhöhte Rastkraft, wobei die Rastkraft auch in mehreren Stufen bis zur vollständigen Blockierung des Stellelements erhöht werden kann. Hierdurch kann einem Benutzer noch vor dem Erreichen eines virtuellen Endanschlags, etwa durch eine progressiv ansteigende Rastkraft signalisiert werden, daß er sich dem Ende eines einstellbaren Wertebereichs nähert.
Der Drehsteller ermöglicht zudem eine rastfreie Betätigung des Stellelements gegen eine, vorzugsweise mit der Auslenkung progressiv ansteigende Rückstellkraft. Diese Bedienart entspricht der Funktion eines sogenannten Jog-Shuttle-Rads, das beispielsweise als Bedienelement zur Feinsteuerung von Videorecordern bekannt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 eine erste Ansicht eines Drehstellers,
2 eine zweite Ansicht des Drehstellers,
3 eine Detailansicht.
Die Figuren zeigen nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Elemente eines Drehstellers für ein Kraftfahrzeug. Verzichtet wurde auf eine Darstellung von weiteren Gehäuseteilen, sowie eines Bedienelementes, ausführbar beispielsweise als Drehknopf, zur Betätigung des nachfolgend beschriebenen Stellelements. Darüber hinaus können die dargestellten Elemente des Drehstellers insgesamt, zur Realisierung von Schaltfunktionen auch innerhalb eines nicht dargestellten Gehäuses verschiebbar und/oder verschwenkbar angeordnet sein.
Die 1 zeigt den Aufbau des Drehstellers, teilweise in einer Explosionsdarstellung. Der Drehsteller weist ein Gehäuse (1) zur Aufnahme eines elektromechanischen Aktuators (2) auf. Der Aktuator (2) ist vorzugsweise als Schrittmotor ausgeführt, so daß das Gehäuse (1) im folgenden als Motorträger bezeichnet wird. Der Motorträger (1) wird auf seiner Unterseite durch eine Bodenplatte (3) abgeschlossen.
Auf einem mittleren Abschnitt einer mit dem Schrittmotor (2) verbundenen Welle ist ein Sperrbolzenschieber (4) angeordnet, der radial von der Welle abstehende Flächen ausbildet. Auf dem freien Endabschnitt der Welle ist ein im Querschnitt hantelförmiger Exzenter (5) aufgebracht.
Wie die 2 zeigt, liegen an dem Sperrbolzenschieber (4) zwei hülsenförmige Sperrbolzen (6) an, die in Aufnahmen (9) des Motorträgers (1) gelagert sind und die durch eine Drehbewegung des Sperrbolzenschiebers (4) in ihrer Längsrichtung verschoben werden können.
Eine Rastbolzenführung (12) ist als ein im wesentlichen zylinderförmiges Bauteil ausgebildet, das auf seiner dem Motorträger (1) abgewandten Oberseite zwei sich in radialer Richtung erstreckende, angeformte Führungshülsen (11) für zwei federbelastete Rastbolzen (10) aufweist. Auf ihrer Unterseite besitzt die Rastbolzenführung (12) in ihrer Außenwand zwei einander gegenüberliegende schmale Durchbrüche (13).
Etwa rechtwinklig dazu ist die zylindrische Außenwand an zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten jeweils durch eine angeformte konkave Fläche (14) unterbrochen. Eine dieser Flächen (14) ist in der 3 erkennbar. Die Flächen (14) dienen als Anlageflächen für zwei federbelastete Bolzen (15), die in Führungen (16) des Motorträgers (1) verschieblich gelagert sind und die aufgrund ihrer Funktion im folgenden als Jog-Shuttle-Bolzen bezeichnet werden.
Die soweit beschriebene Mechanik dient zur Beeinflussung der haptischen Eigenschaften eines Stellelements (17). Das Stellelement (17) kann Bestandteil eines in der Zeichnung nicht dargestellten Bedienelements, etwa eines Drehknopfs sein, oder auch mit einem solchen Bedienelement verbunden sein.
Das Stellelement (17) ist als ein zylinder- oder glockenförmiges Bauteil ausgeführt, welches an feststehenden Gehäuseteilen drehbar gelagert ist. Als feststehende Gehäuseteile sind in der 1 ein in das Stellelement (17) hineinragender Träger (22) und eine mit des Unterseite des Trägers (22) verbundene Leiterplatte (21) dargestellt.
In seinem unteren Bereich weist das Stellelement (17) eine Rastkontur (18) auf, die mit den federbelasteten Rastbolzen (10) zusammenwirkt, so daß bei einer Drehbetätigung das Stellelement (17) üblicherweise von einer Raststellung in eine anderen Raststellung überführt wird. Die Position des Stellelements (17) wird über die Bewegung einer an das Stellelement (17) einstückig angeformten Zahnreihe (19) durch eine auf der Leiterplatte (21) angeordneten Gabellichtschranke (20) erfaßt.
Der beschriebene Drehsteller ermöglicht folgende Bedienarten:

1. eine Drehung des Stellelements gegen eine Rastkraft,
2. eine Drehung des Stellelements gegen eine erhöhte Rastkraft,
3. keine Betätigung aufgrund einer Blockierung des Stellelements,
4. eine nichtrastende Drehung des Stellelements gegen eine rücktreibende Kraft.

Die erste Bedienart entspricht der üblichen rastenden Betätigung des Drehstellers zur abgestuften Erhöhung oder Erniedrigung eines Stellwertes. Ist die zweite Bedienart aktiv, so wird dem Benutzer durch den Drehsteller eine erhöhte Rastkraft vorgegeben, aufgrund der der Benutzer erkennen kann, das ein durch den Drehsteller eingestellter Wert in einem besonderen Wertebereich liegt oder daß ein besonderer Betriebszustand vorliegt. Die Erhöhung der Rastkraft kann dabei auch in mehreren Stufen erfolgen.
Erreicht der durch den Drehsteller vorgegebene Wert einen Maximal- oder Minimalwert, so kann das Stellelement gegen eine weitere Drehung, üblicherweise jeweils in nur einer der beiden Drehrichtungen, blockiert werden. Hierdurch wird dem Benutzer das Erreichen eines virtuellen Endanschlags signalisiert.
Eine besondere Bedienart des Drehstellers ist gegeben, wenn der Drehsteller unter Aufhebung der Rastwirkung, innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs gegen eine, vorzugsweise progressiv ansteigende Rückstellkraft bewegbar ist, wobei das Stellelement (17) nach Abschluß der Betätigung automatisch in die Ausgangslage zurückgeführt wird. Diese Bedienart ermöglicht eine, zumindest dem Betätigungsgefühl nach, stufenlose Feinabstimmung eines Stellwertes und entspricht der Funktionsweise eines, insbesondere von Videorecordern bekannten Jog-Shuttle-Rades.
Die verschiedenen Bedienarten des Drehstellers werden durch einen als Schrittmotor ausgeführten Aktuator (2) gesteuert. Die bei einer Betätigung des Stellelements (17) auftretenden Rastkräfte werden durch die Lage des Exzenters (5) relativ zu zwei in der Rastbolzenführung (12) gelagerten Rastbolzen (10) bestimmt.
Wie besonders deutlich aus der 3 hervorgeht, besteht jeder Rastbolzen (10) aus drei Einzelteilen (10a, 10b, 10c). Die Rastbolzenteile (10a, 10c) sind als zylinderförmige Bolzen mit einer kegelförmigen Spitze ausgebildet. Das erste Rastbolzenteil (10a) weist zudem einen angeformten Stift auf, auf den eine Schraubendruckfeder (10b) aufgeschoben ist und der in eine, sich in Längsrichtung des zweiten Rastbolzenteils (10c) erstreckende Führungsbohrung einfügbar ist. Die beiden Rastbolzenteile (10a, 10c) sind somit gegen die Kraft der Schraubendruckfeder (10b) gegeneinander verschiebbar gelagert.
In der in der 2 dargestellten Stellung des Exzenters (5), liegen die Rastbolzen (10) an einem besonders schmalen Abschnitts des Exzenters (5) an. Die Schraubendruckfeder (10b) ist nicht oder nur wenig vorgespannt, so daß nur geringe Federkräfte auf die äußeren Rastbolzenteile (10c) wirken, die an der Rastkontur (18) des Stellelements (17) anliegen. Bei Übergang von einer Raststellung zu einer angrenzenden Raststellung werden die Schraubendruckfedern (10b) geringfügig zusammengeschoben, was haptisch als zu überwindende Rastkraft erkennbar ist.
Verdreht nun der Aktuator den Exzenter (5) ein Stück weit aus der aus der in der 2 ersichtlichen Lage, so liegen die Rastbolzen (10) nun nicht mehr an dem schmalsten Abschnitt des Exzenters (5) an und die Schraubendruckfedern (10b) der Rastbolzen (10) werden etwas weiter zusammengepreßt und damit stärker vorgespannt. Hierdurch ist bei der Drehung des Stellelements (17) eine erhöhten Rastkraft zu überwinden, die haptisch als eine größere erforderliche Betätigungskraft deutlich wahrnehmbar ist. Durch geeignet gewählte Formgebung und Drehweiten des Exzenters (5) kann die Rastkraft auch in mehreren Stufen variiert werden.
Durch Drehung des Exzenters (5) können die beiden Rastbolzenteile (10a, 10c) im Extremfall so weit auf einander zu bewegt werden, daß der an das erste Rastbolzenteil (10a) angeformte Stift fast das Ende der Führungsbohrung im zweiten Rastbolzenteil (10c) erreicht. Damit ist der Verschiebebereich der beiden Rastbolzenteile (10a, 10c) gegeneinander soweit eingeschränkt, daß die Rastbolzen (10) die augenblicklich eingenommene Position innerhalb der Rastkontur (18) nicht mehr verlassen können. Dadurch wiederum ist die Drehbeweglichkeit des Stellelements (17) soweit blockiert, daß es nicht in eine angrenzende Raststellung gebracht werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn die Drehbeweglichkeit des Stellelements (17), innerhalb der blockierten Rastposition, dabei noch so weit erhalten bleibt, daß die Gabellichtschranke (20) beim Versuch einer Drehbetätigung die erwünschte Drehrichtung erkennen kann, so daß die Vorrichtung (6) bedarfsweise die Blockierung des Stellelements (17) aufheben kann.
Damit sind mittels der Rastbolzen (10) und des durch den Aktuator (2) betätigten Exzenters (5) dem Stellelement (17) bereits mindestens drei Bediencharakteristiken vorgebbar.
Bei dem beschriebenen Drehsteller kann darüber hinaus auch eine Jog-Shuttlefunktion realisiert werden, die ebenfalls durch den Aktuator (2) bedarfsweise eingeschaltet werden kann. Hierzu dreht der Aktuator (2) die auf seiner Welle angeordneten Sperrbolzenschieber (4) soweit, daß die Sperrbolzen (6) radial nach außen verschoben werden. Wie besonders deutlich aus der 3 hervorgeht, ist auf der Oberseite jedes Sperrbolzens (6) ein Steg (7) angeformt, der jeweils in einen Durchbruch (13) in der Außenwand der Rastbolzenführung (12) eingreift. In der Grundposition der Sperrbolzen (6) ist dadurch die Drehbeweglichkeit der Rastbolzenführung (12) gegenüber den Sperrbolzen (6) aufgehoben. Da die Sperrbolzen (6) zudem in angeformten Sperrbolzenaufnahmen (9) des Motorträgers (1) gelagert sind, sind damit die Sperrbolzen (6), und folglich auch die Rastbolzenführung (12), drehfest gegenüber dem Motorträger (1).
Dies kann dadurch geändert werden, daß der Aktuator durch eine Drehung des Sperrbolzenschiebers (4) die Sperrbolzen (6) gegen die Kraft der Schraubendruckfedern (23) radial nach außen schiebt, bis die Ausnehmungen (8) in den Stegen (7) auf Höhe der Außenwand der Rastbolzenführung (12) liegen. Da die Wand der Rastbolzenführung (12) nun durch die Ausnehmungen (8) laufen kann, ist die Sperrung der Rastbolzenführung (12) damit aufgehoben.
Befindet sich der Sperrbolzenschieber (4) in dieser Stellung, so befindet sich der auf der Welle mitbewegte Exzenter (5) in einer Position, in der die Rastbolzen (10) eine Drehung des Stellelements (17) gegenüber der Rastbolzenführung (12) blockieren. Das Stellelement (17) steht somit in fester Verbindung mit der Rastbolzenführung (12), so daß die Rastbolzenführung (12) durch das Stellelement (17) relativ zum Motorträger (1) gedreht werden kann. Diese Drehbewegung erfolgt nichtrastend und kann somit zur Feineinstellung einer Stellgröße vorgesehen werden.
Der maximal mögliche Stellbereich wird durch an der Rastbolzenführung (12) angeformte Anlageflächen (14) bestimmt, an denen mit Federn (24) belastete Jog-Shuttle-Bolzen (15) anliegen. Die Anlageflächen (14) sind derart ausgebildet, daß die Jog-Shuttle-Bolzen (15) bei einer Drehung der Rastbolzenführung (12) aus der Ausgangsstellung die zugeordneten Federn (24) spannen, wodurch die federbelasteten Jog-Shuttle-Bolzen (15) eine Kraft auf die Anlageflächen (14) ausüben, die die Rastbolzenführung (12) in die Ausgangslage zurückführt. Der Kraftanstieg kann dabei, in Abhängigkeit von der Form der Anlageflächen (14) linear oder auch stärker als linear mit der Auslenkung ansteigen. Die Rastbolzenführung (12) geht somit nach Wegfall der äußeren Betätigungskraft immer selbsttätig in ihre Ausgangslage zurück. In dieser Ausgangslage wird die Jog-Shuttle-Funktion durch eine Freigabe der Sperrbolzen (6), deren Stege (7) wieder in die Durchbrüche (13) gelangen, wieder aufgehoben.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse (Motorträger)
2: Aktuator (Schrittmotor)
3: Bodenplatte
4: Sperrbolzenschieber
5: Exzenter (Vorrichtung)
6: Sperrbolzen
7: Stege
8: Ausnehmungen
9: Sperrbolzenaufnahmen
10: Rastbolzen
10a: erstes Rastbolzenteil
10b: Schraubendruckfeder
10c: zweites Rastbolzenteil
11: Führungshülsen
12: Rastbolzenführung
13: Durchbrüche
14: (Anlage-)Flächen
15: (Jog-Shuttle-)Bolzen
16: Führungen (für Jog-Shuttle-Bolzen)
17: Stellelement
18: Rastkontur
19: Zahnreihe
20: Gabellichtschranke
21: Leiterplatte
22: Träger
23: Schraubendruckfedern
24: Federn (der Jog-Shuttle-Bolzen)

Claims

Drehsteller für elektrische oder elektronische Geräte in einem Kraftfahrzeug mit einem gegenüber feststehenden Gehäuseteilen drehbeweglichen Stellelement, das eine Rastkontur aufweist, in die federbelastete Rastbolzen eingreifen, und mit einer mittels eines Aktuators steuerbaren Vorrichtung, welche abhängig von der Aktuatorstellung die Drehbeweglichkeit des Stellelements gegenüber den feststehenden Gehäuseteilen verändert, wobei die Vorrichtung die Kraftwirkung der federbelasteten Rastbolzen auf die Rastkontur verändert, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Aktuatorstellung die Rastbolzen (10) in einem festen Eingriff mit der Rastkontur (18) des Stellelements (17) sind und das Stellelement (17) unter Mitnahme zumindest der Rastbolzen (10) gegenüber feststehenden Gehäuseteilen (21, 22) drehbar ist.
Drehsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als relativ zu den Rastbolzen (10) drehbarer Exzenter (5) oder als eine Kurvenscheibe ausgebildet ist.
Drehsteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (6) in Abhängigkeit von der Aktuatorstellung die Kraftwirkung der federbelasteten Rastbolzen (10) auf die Rastkontur (18) in mehreren Stufen verändern kann.
Drehsteller nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Aktuatorstellung die Vorrichtung (5) die Drehbeweglichkeit des Stellelements (17) gegenüber den feststehenden Gehäuseteilen (21, 22) aufhebt.
Drehsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (17) von einer Ausgangsstellung über einen vorgegebenen Winkelbereich drehbar ist und eine rücktreibende Kraft in Richtung der Ausgangsstellung erfährt.
Drehsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (2) als Elektromotor und vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet ist.
Drehsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (2) als piezomotorischer Antrieb oder als Linearmotor ausgebildet ist.
Drehsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zur Erfassung einer Positionsänderung des Stellelements (17) relativ zu den feststehenden Gehäuseteilen (21, 22) vorgesehen ist.
Drehsteller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zumindest eine Lichtschrankenanordnung, vorzugsweise ausgeführt als Gabellichtschranke (20), sowie eine am Stellring angeformte Zahnreihe (19) umfaßt.