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DE102008034602B3 - Translatorisch betätigter Joystick - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement (1), umfassend einen Bedienknopf (2), wenigstens zwei verschwenkbare Hebel (4, 5), eine mit dem Bedienknopf verbundene Stellachse (6), die mit den verschwenkbaren Hebeln (4, 5) so zusammenwirkt, dass die Hebel (4, 5) entsprechend der Bewegung der Stellachse verschwenkt werden, und Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung der Hebel (4, 5). Das Bedienelement (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Stellachse (6) achsenparallel verschiebbar gelagert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bedienelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein derartiges Bedienelement ist aus der US 5 107 080 A vorbekannt.
  • Aus der DE 101 20 691 A1 ist eine Bedieneinheit bekannt, die ein um eine Achse z drehbares Bedienelement aufweist. Dieses Bedienelement ist auch längs dieser Drehachse verschiebbar und in einer Position dieser Achse verrastbar. Das Bedienelement ist außerdem in zumindest einer zu dieser Achse orthogonale Ebene in beliebiger Richtung verschiebbar.
  • Bei den bekannten Joysticks ist ein Stellhebel entlang wenigstens 2 vorgegebenen Richtungen verschwenkbar. Dabei wird mit Erreichen jeder Endstellung eine Schaltfunktion ausgeführt, zum Beispiel eine digitale Schaltfunktion, oder es wird proportional zur jeweiligen Auslenkung in den zwei zueinander senkrecht stehenden Auslenkrichtungen ein zugehöriges Signal erzeugt, das beispielsweise zur Bewegung eines Cursors auf einem zugehörigen Anzeigefeld einer Anzeigevorrichtung verwendet wird. Bei letzterem werden die zugehörigen der Verschwenkung entsprechenden Signale durch eine Potentiometerverstellung oder die Verstellung eines optischen Encoders erzeugt. Die üblichen Joysticks weisen zur Bedienung einen Bedienknopf mit einem zentral angeordneten und mittels eines Kreuzgelenks oder in einer Kugel-Pfanne-Lagerung gelagerten Bedienhebel auf. Dieser Aufbau ist vergleichsweise kompliziert, aufgrund der vergleichsweise hohen Anzahl an bewegten Teilen störanfällig und in der Herstellung teuer. Ferner stellt sich das Problem, dass der Verschwenkmechanismus aufgrund der Kippbewegung des Bedienknopfes schwierig vor Eindringen von Reinigungsflüssigkeit und Staub zu schützen ist. Zudem ist der Bedienknopf meist klein und dünn gehalten, um die Verschwenkbewegung nicht zu behindern. Dies hat den Nachteil, dass der Bedienknopf schwer ertastbar ist und nur bei direktem Hinschauen erblickt und dann gegriffen werden kann. Bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug kann dies den Fahrer stören und seine Aufmerksamkeit vom Verkehr ablenken und stellt somit ein Sicherheitsrisiko dar. Zwar könnte der Bedienknopf vergrößert werden, indem dessen Abstand von der umgebenden Blende erhöht wird. Da mit zunehmender Bauhöhe jedoch das Verletzungsrisiko steigt (Kopfaufschlagkriterium) ist diese Vorgehensweise nicht erwünscht.
  • Ausgehend von dem Eingabegerät der eingangs genannten Art und vor dem Hintergrund der obigen Nachteile des Standes der Technik haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Bedienelement der zuvor beschriebenen Gattung bereitzustellen, das zuverlässig, einfach zu bedienen und herzustellen ist. Diese Aufgabe wird durch ein Eingabegerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, bevorzugt ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug. Das Bedienelement umfasst einen Bedienknopf, der mit einer Stellachse verbunden ist. Beispielsweise ist die Stellachse konzentrisch an einem zylindrischen Bedienknopf angebracht und erstreckt sich von dessen dem Bediener abgewandten Stirnseite. Das Bedienelement umfasst zwei verschwenkbare Hebel. Der Begriff Hebel im Sinne der Erfindung ist weit auszulegen und die Hebel können je nach mechanischer Beanspruchung vielfältig ausgelegt sein. Die Stellachse wirkt mit den verschiebbaren Hebeln so zusammen, dass die Hebel entsprechend der Bewegung der Stellachse verschwenkt werden. Beispielsweise ist die Stellachse in wenigstens einer Ausnehmung des Hebels aufgenommen, wobei die Ausnehmung bevorzugt so ausgestaltet ist, dass die Stellachse in der Verschwenkrichtung mit minimalem Spiel aufgenommen ist, um einen „Totgang” zu verhindern. Es sind ferner Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung der Hebel vorgesehen, um die Regel- oder Schaltfunktionen (beispielsweise als Vierwege-Schalter) durchzuführen. Hierbei ist es vorstellbar, dass die Hebel sich ausgehend von der Schwenkachse lediglich bis über die Ausnehmungen erstrecken, so dass die Hebel eine C-Form bilden.
  • Das erfindungsgemäße Bedienelement zeichnet sich dadurch aus, dass die Stellachse achsenparallel verschiebbar gelagert ist. Anders ausgedrückt, die Stellachse wird unter Beibehaltung ihrer Ausrichtung parallel verschoben, um die Regel- oder Schaltfunktionen vorzunehmen. Es erfolgt somit eine translatorische Bedienung der Stellachse und damit auch des Bedienknopfes, das heißt der Bedienknopf wird in seiner Einbaulage, zum Beispiel in einem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges, in einer zum Armaturenbrett horizontalen Ebene verschoben. Dies hat nicht nur den Vorteil, dass aufgrund der geringen Anzahl an bewegten Teilen und der vereinfachten Lagerung der Stellachse der Aufbau erheblich vereinfacht ist und damit die Herstellung verbilligt wird, sondern dass darüber hinaus aufgrund der reinen translatorischen Bewegung die Problematik der Abdichtung leichter zu lösen ist.
  • Darüber hinaus kann der Bedienknopf flach und trotzdem groß ausgestaltet sein, Um genauer zu sein, er kann unter Einhalt des in vielen Ländern gesetzlich vorgeschriebenen Überstandes von der umgebenden Blende, sofern er in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, gemäß seiner haptischen Erfordernisse nahezu beliebig ausgestaltet sein.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass das Spaltmaß zwischen Bedienknopf und einem dem Bedienknopf zugehörigen Gehäuse sehr klein eingestellt werden kann, was einerseits Verschmutzungen vorbeugt und andererseits einen hohen qualitativen Aussehen zu gute kommt.
  • Zum Erhalt einer Regelfunktion erzeugen die Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung jeweils ein der Verschwenkung des betreffenden Hebels im Wesentlichen proportionales Signal.
  • In einer besonders einfachen Ausgestaltung umfassen die Mittel zu Detektion jeweils eine dem betreffenden Hebel zugeordnete Widerstandsbahn und jeweils einen an dem Hebel befestigten, und bei der Verschwenkbewegung über die Widerstandsbahn geführten Schleifkontakt. In Abhängigkeit der Stellung des Hebels wird so ein entsprechender Widerstandswert abgegriffen (Potentiometer-Prinzip), der zur Erzeugung eines der Stellung des betreffenden Hebels entsprechenden Signals verwendet wird.
  • In einer besonders zuverlässigen und präzisen Ausgestaltung umfassen die Mittel zu Detektion jeweils ein mit dem betreffenden Hebel gekoppeltes Drehpotentiometer oder in diesem Sinne noch bevorzugter einen damit gekoppelten optischen Encoder.
  • Zum Erhalt einer Schaltfunktion erzeugen Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung jeweils ein mit der Verschwenkung korreliertes An- oder Aussignal.
  • Die Schaltfunktion kann in einer preiswerten Ausgestaltung durch wenigstens einen mechanischen Schalter pro Hebel realisiert sein. In einer verschleißarmen Ausgestaltung umfassen die Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung jeweils wenigstens eine Lichtschranke, die so angeordnet ist, dass deren Lichtweg durch Verschwenken des betreffenden Hebels abgeschattet werden kann.
  • Bevorzugt umfassen die Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung jeweils wenigstens zwei Lichtschranken pro Hebel, um die Richtung der Verschwenkbewegung des betreffenden Hebels, beispielsweise aus seiner Ruhestellung, zu detektieren. Dadurch können pro Hebel drei Schaltzustände realisiert werden: Ruhestellung, Ausschlag in einer erste Richtung und Ausschlag in eine zweite, entgegen gesetzte Richtung.
  • Bevorzugt sind die Schwenkachsen der Hebel um 90° versetzt um eine Ruhestellung der Stellachse angeordnet. Dadurch kann einfach zusammen mit der Erzeugung eines der Verschwenkung des betreffenden Hebels im Wesentlichen proportionalen Signals für jeden Hebel ein Eingabegerät geschaffen werden, dass zur Steuerung eines Cursors oder dergleichen auf einem Anzeigegerät dient. Bei der Ausgestaltung, bei der die Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung jeweils wenigstens zwei Lichtschranken pro Hebel umfassen, können mit der um 90° versetzten Hebelanordnung vergleichsweise einfach, ein 4-Wege-Schalter oder gar ein 8-Wege-Schalter realisiert werden.
  • Bevorzugt sind Mittel zur Rückstellung der Hebel und damit der Stellachse in die Ruhestellung vorgesehen. Beispielsweise sind Federn zur Rückstellung der Hebel vorgesehen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Stellachse zur Durchführung einer zusätzlichen Schalt- und/oder Regelfunktion um ihre Achse drehbar oder in Achsenrichtung verschiebbar ist und dass sie auf ein zugehöriges Schalt- oder Regelglied, beispielsweise ein Drehpotentiometer oder einen optischen Encoder für die Regelfunktion oder einen Tastschalter für die Schaltfunktion, einwirkt. Diese zusätzliche Funktionalität ist aufgrund des einfachen Aufbaus und der reinen translatorischen Bewegung der Stellachse besonders leicht in die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu integrieren.
  • Zum Erreichen einer hohen Festigkeit und Haltbarkeit sind wenigstens die Hebel und/oder die Stellachse aus einer Zink-Aluminium-Magnesium-Kupfer-(ZAMAK)-Legierung, beispielsweise in einem Zinkdruckgussverfahren, hergestellt.
  • Aufgrund der Möglichkeit einen Bedienknopf vorzusehen, der haptisch gut zu ergreifen ist und zudem einen geringen Überstand aufweisen kann und da die zugehörige Mechanik gegenüber Eindringen von Reinigungsflüssigkeit und Staub leicht abzudichten ist, findet das erfindungsgemäße Bedienelement vorteilhaft bei einem Kraftfahrzeug Anwendung.
  • In der beigefügten Figur ist eine bevorzugte Ausführungsform der wesentlichen Elemente der Mechanik des erfindungsgemäßen Bedienelements schematisch dargestellt, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.
  • Das Bedienelement 1 umfasst einen Bedienknopf 2 der mit einer Stellachse 6 starr verbunden ist. Die Stellachse 6 greift jeweils in längliche Ausnehmungen 9 zweier Schenkel eines Hebels 5 und entsprechend in die Ausnehmung eines weiteren Hebels 4 ein, wobei die Hebel 4, 5 um jeweils zugehörige, an einer Grundplatte 8 befestigte Schwenkachsen 3 verschwenkbar gelagert sind. Die Schwenkachsen sind um 90° um die Stellachse 6 versetzt angeordnet. Die Ausnehmungen 9 sind so dimensioniert, dass deren Rand in einer Verschwenkrichtung möglichst spielfrei an der Stellachse 6 anliegt, andererseits deren Längsausdehnung so bemessen ist, dass das Bewegungsmaß der Stellachse in Verschwenkrichtung des jeweils anderen Hebels 4 bzw. 5 ausreichend gestattet ist. Die Verschwenkbewegung der Hebel 4, 5, die durch den Bedienknopf 2 über die Stellachse 6 bewirkt wird, wird durch nicht dargestellte Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung detektiert. Beispielsweise ist auf der Grundplatte 8 je eine dem betreffenden Hebel 4, 5 zugeordnete Widerstandsbahn vorgesehen, die von einem Schleifkontakt bei der Verschwenkbewegung abgefahren wird, um ein der Verschwenkstellung entsprechenden Widerstandswert und damit ein dazu proportionales Signal zu erzeugen. In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Stellachse 6 zur Vornahme einer zusätzlichen Schalt- und/oder Regelfunktion durch den Bedienknopf 2, um ihre Achse drehbar oder in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar ist und dass sie auf ein zugehöriges Schalt- oder Regelglied, beispielsweise ein Drehpotentiometer oder einen optischen Encoder für die Regelfunktion oder einen Tastschalter für die Schaltfunktion, einwirkt. Diese zusätzliche Funktionalität ist aufgrund des einfachen Aufbaus und der reinen translatorischen Bewegung der Stellachse 6 besonders leicht in die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu integrieren.

Claims (11)

  1. Bedienelement (1), umfassend einen Bedienknopf (2), wenigstens zwei verschwenkbare Hebel (4, 5), eine mit dem Bedienknopf verbundene Stellachse (6), die eine Achsrichtung aufweist und die mit den verschwenkbaren Hebeln (4, 5) so zusammenwirkt, dass die Hebel (4, 5) entsprechend der Bewegung der Stellachse (6) verschwenkt werden, wobei die Hebel (4, 5) jeweils eine Ausnehmung (9) aufweisen, die die Stellachse (6) aufnimmt, und Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung der Hebel (4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass die Stellachse (6) rechtwinklig zu ihrer Achsrichtung verschiebbar gelagert ist, und dass die Hebel (4, 5) jeweils eine weitere Ausnehmung (9) aufweisen, die die Stellachse (6) ebenfalls aufnimmt.
  2. Bedienelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung jeweils ein der Verschwenkung des betreffenden Hebels (4, 5) im Wesentlichen proportionales Signal erzeugen.
  3. Bedienelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zu Detektion der Verschwenkbewegung jeweils eine dem betreffenden Hebel (4, 5) zugeordnete Widerstandsbahn und jeweils einen an dem Hebel (4, 5) befestigten, und bei der Verschwenkbewegung über die Widerstandsbahn geführten Schleifkontakt umfassen.
  4. Bedienelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zu Detektion der Verschwenkbewegung jeweils ein mit dem betreffendem Hebel (4, 5) gekoppeltes Drehpotentiometer oder einen optischen Encoder umfassen.
  5. Bedienelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung jeweils ein mit der Verschwenkung des betreffenden Hebels (4, 5) korreliertes An- oder Aussignal erzeugen.
  6. Bedienelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung jeweils wenigstens eine Lichtschranke umfassen, die so angeordnet ist, dass deren Lichtweg durch Verschwenken des betreffenden Hebels (4, 5) abgeschattet werden kann.
  7. Bedienelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Detektion der Verschwenkbewegung jeweils wenigstens zwei Lichtschranken pro Hebel (4, 5) umfassen, um die Richtung der Verschwenkbewegung des betreffenden Hebels (4, 5) zu detektieren.
  8. Bedienelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsen (3) der Hebel (4, 5) um 90° versetzt um eine Ruhestellung der Stellachse (6) angeordnet sind.
  9. Bedienelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Rückstellung der Hebel (4, 5) und damit der Stellachse (6) in die Ruhestellung vorgesehen sind.
  10. Bedienelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellachse (6) zur Durchführung einer zusätzlichen Schalt- und/oder Regelfunktion um ihre Achse drehbar oder in Achsenrichtung verschiebbar ist und auf ein zugehöriges Schalt- oder Regelglied einwirkt.
  11. Kraftfahrzeug gekennzeichnet durch ein Bedienelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10.
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