DE10234512A1

DE10234512A1 - Betätigungselement

Info

Publication number: DE10234512A1
Application number: DE2002134512
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Bauer
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-12

Abstract

Herkömmlich werden zur Realisierung einer Haptik und zur Führung eines Drehknopfes (2) des Betätigungselementes (2) Rastfedern oder dergleichen verwendet, durch die eine Bremswirkung bei der Verstellung des Drehknopfes (3) erzeugt wird. Die Rastwirkung ist jedoch nicht optimal. DOLLAR A Die vorliegende Lösung schlägt daher vor, eine feinfühlige Dreh- und Rastbewegung am Betätigungselement (2) mittels einer 3-D-Kugelführung zu realisieren, welche zwei zueinander weisende, feststehende Führungskurven (10, 11) sowie dazwischen befindliche Kugeln (13) aufweisen, die vorzugsweise mittels Kugelkäfig (12) gelagert werden. Die Führungskurven (10, 11) werden durch eine Rille (14) mit unterschiedlichen Höhen (15, 16) gebildet. Die in den Führungskurven (10, 11) geführten Kugeln (13) übertragen diese Rillenform als eine oszillierende Bewegung des Drehknopfs (3) des Betätigungselementes (2) an eine Bedienperson, wobei der Drehknopf (3) beispielsweise von der Bedienperson weg taucht und mit Erreichen einer neuen Rastposition wieder in seine ursprüngliche Lage verbracht wird. Die Anzahl der unterschiedlichen Höhen (15, 16) bestimmt die Rastanzahl als auch die Feinfühligkeit der Verstellung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betätigungselement nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
Ein Betätigungselement ist aus der DE 199 64 133 A1 bekannt. Der hierin offenbarte Drehschalter aus der Kraftfahrzeugtechnik weist u.a. Bruchstellen auf, durch die ein Eintauchen des Drehknopfoberteils des Betätigungselementes bei erhöhtem Kraftdruck auf das Drehknopfoberteil in eine Frontblende ermöglicht wird. Am Drehknopfunterteil ist eine Schleiferplatte angebracht, auf die Kontaktfedern zum Signalabgrift greifen. In einer besonderen Ausführung ist im Drehknopfoberteil ein Tastelement integriert.

Auch die DE 199 64 131 A1 beschreibt ein Betätigungselement. Dieses weist ebenfalls einen Drehknopf mit Tastfunktion auf. Der Signalabgriff erfolgt einmal über eine Schleiferplatte direkt oder über ein angekoppeltes Potentiometer indirekt.

Beide Betätigungselemente sind durchdrehbar. Die Drehknopflagerung beider Betätigungselemente erlaubt eine vorzugsweise mittige Ausleuchtung des Betätigungselementes.

Herkömmlich werden zur Realisierung einer Haptik und zur Führung des Drehknopfes Rastfedern oder dergleichen verwendet, durch die eine Bremswirkung bei der Verstellung des Drehknopfes erzeugt wird. Die Rastwirkung ist jedoch nicht optimal.

Ein gattungsgemäßes Betätigungselement, ein elektrischer Drehschalter, wird in der DE 197 20 544 C1 offenbart. Für eine feinfühlige Verstellung ist ein Betätigungsknopf auf wenigstens drei Kugeln gelagert, die von einer Käfigscheibe geführt in einer Gehäuserille rollen, die von einer Radialwand und einer Axialwand gebildet wird. Die Kugeln bestehen aus einem leitenden Werkstoff und dienen zur Kontaktherstellung. Der Drehschalter weist des Weiteren einen Anschlagsatz auf, dessen Betätigungsverstellwinkel durch Gehäuseanschläge begrenzt ist.

Einen ähnlichen Aufbau beschreiben die DE 197 20 543 C1 sowie die DE 198 39 187 A1 .

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Betätigungselement aufzuzeigen, welches sich durch eine optimale Rastung sowie eine feinfühlige bei gleichzeitiger geräuscharmer Verstellung auszeichnet.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine feinfühlige Dreh- und Rastbewegung am Betätigungselement mittels einer 3D-Kugelführung zu realisieren, welche zwei zueinander weisende, feststehende Führungskurven sowie dazwischen befindliche Kugeln aufweisen, die vorzugsweise mittels Kugelkäfig gelagert werden. Die Führungskurven, die in Kurvenplatten eingebracht sein können, werden durch eine Rille mit unterschiedlichen Höhen gebildet. Die in den Führungskurven geführte Kugeln übertragen diese Rillenform als eine oszillierende Bewegung eines Drehknopfs des Betätigungselementes an eine Bedienperson, wobei der Drehknopf beispielsweise von der Bedienperson weg taucht und mit Erreichen einer neuen Rastposition wieder in seine ursprüngliche Lage verbracht wird. Die Anzahl der unterschiedlichen Höhen bestimmt dabei die Rastanzahl als auch die Feinfühligkeit der Verstellung.

In Laufrichtung besitzen die Kugeln kein, in Querrichtung ein leichtes Spiel. Entsprechend ist der Kugelkäfig gestaltet. Der vorzugsweise ringeförmige Auskerbungen aufweisende Kugelkäfig, in denen die Kugeln liegen, liegt selbst frei innerhalb des Betätigungselementes. Die Auskerbungen dient zum Halten und gewährleisten das Rollen der Kugeln. Dazu weisen die Auskerbungen mittig ein engeres Maß als Außen auf, wobei die Auskerbungen abgeflacht sind und somit eine gegenseitige Führung der Kugeln untereinander ermöglicht wird. Zudem wird eine Außenreibung der Kugeln vermieden. Der Kugelkäfig besitzt im Bereich der Auskerbungen vorzugsweise kleine Phasen, damit die Kugeln beim Einlegen nicht hindurch fallen. Die Kugeln sind leicht in die Kurvenplatten bestückbar, was eine kostengünstige, präzise Herstellung des Betätigungselementes ermöglicht.

Durch den Käfig sowie die Auskerbungen für die Kugeln können zudem Fertigungstoleranzen aufgefangen werden.

In Weiterführung der Erfindung sind die Führungskurve einmal direkt in einer Blende eines Gerätes oder in einer Frontblende eines Kfz und zum anderen am Unterteil des Betätigungselementes eingeformt. Durch die Kugeln wird der Drehknopf des Betätigungselementes von der Blende, in die das Betätigungselement eingebaut werden soll, beabstandet. Zwischen beiden befindet sich dann der seinerseits frei liegende Kugelkäfig.

Vorzugsweise werden drei bis sechs Kugeln verwendet, wobei diese Zahl nicht begrenzend ist. Ein Wackeln des Drehknopfes wird dadurch verhindert, dass eine Kurvenscheibe unterhalb des Drehknopfes vorhanden ist, die als Notanschlag dient. Dazu besitzt der Drehknopf am unteren Teil Noppen, die bei der Verstellung des Drehknopfes, der auf alle Kugeln drückt, gegen diese Kurvenscheibe geführt werden.

Die leise laufenden Kugeln bewirken eine ruhige Drehbewegung. Zudem ist durch die Anzahl der Rillen unterschiedlicher Höhe die Schaffung einer Feinrastung möglich. Auf Schmierstoffe wie bei sonstigen Kugellagern kann verzichtet werden.

Alternativ können auch Rollen anstelle der Kugeln vorgesehen werden. Die Ringe des Rollenkäfigs sind in diesem Fall dann oval bzw. elipsenförmig. Die Führungskurven können in ihrem Aufbau beibehalten werden, wenn die Rollen kegelähnlich geformt sind, d.h. vorzugsweise mittig einen größeren Außenumfang besitzen.

Anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt
1 ein Betätigungselement in Schnittdarstellung,
2 eine der beiden Kurvenplatten aus 1 in einer Draufsichtdarstellung,
2a einen Ausschnitt aus 2,
3 den Kugelkäfig aus 1,
3a eine vergrößerte Darstellung aus 3,
4 die Kurvenplatte aus 1 in einer Draufsichtdarstellung,
5 ein weiteres Betätigungselement in Schnittdarstellung.
In 1 ist ein Betätigungselement 2 mit einem im Gehäuse 1 befindlichen Knopf 3 dargestellt, der im funktionalen Gebrauch verdreht und mit dem hier zusätzlich eine Tasttunktion 4 ausgeführt werden kann. Als Gehäuse 1 des Betätigungselementes 2 fungiert hier eine Frontblende 1' eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges, in welche das Betätigungselement 2 eingebaut ist. Das Betätigungselement 2 weist an der unteren Seite 2.1 eine Schleifer- bzw. Schichtplatte 5 mit Widerstandsbahnen auf, auf die Kontakte 6 eines Schleifers 7 angreifen, welcher mit einer Leiterplatte 8 funktional zusammenwirkt, die sich unterhalb der Blende 1' und des Betätigungselementes 2 befindet.
Die Blende 1' weist eine der Einbautiefe des Betätigungselementes 2 bzw. der Kopftiefe des Knopfes 3 entsprechende Gehäuserippe 1.1' auf, die hier geschnitten dargestellt, in diesem Ausführungsbeispiel einen längeren Abschnitt und einen kürzeren Abschnitt besitzt, da die Blende 1' im Einbaubereich des Betätigungselementes abgerundet ist.
An der unteren, zum Drehknopf 3 weisenden Seite der Gehäuserippe 1.1' ist eine Führungskurve 10 eingearbeitet. Dieser liegt umgekehrt eine gleich geformte Führungskurve 11 gegenüber, die vorzugsweise auf einem Vorsprung 3.1 des Drehkopfes 3 eingebracht ist. Die Führungskurven 10, 11 weisen je eine Rille 14 mit unterschiedlichen Höhen 15, 16 auf, wobei die Höhen 15 tiefer liegend als die Höhen 16 sind (2). Zwischen beiden Führungskurven 10, 11 ist ein Kugelkäfig 12 eingebunden, in welchem Kugeln 13 gehalten und entlang der Rillen 14 bewegt werden. Der Kugelkäfig 12 ist vorzugsweise frei tragend eingebunden.
Mit 17 ist eine Kurvenscheibe gekennzeichnet, in die vorzugsweise die Kontakte 6 und den Schleifer 7 integriert sind (4). Des Weiteren weist der Drehknopf 3 an seiner unteren Seite 2.1 Noppen 21 auf, die sich bei Verstellung des Drehknopfes 3 entlang des Kranzes der Kurvenscheibe 17 bewegen. Der Kranz der Kurvenscheibe reduziert dabei das axiale Spiel des Drehknopfes 3.
In 2 ist eine der beiden Führungskurven 10, 11 in einer Draufsichtdarstellung dargestellt. Die Kurvenplatte 10 weist die Rille 14 mit den unterschiedlichen Höhen 15, 16 auf. Die Höhen 16 sind vorzugsweise schmaler als die Tiefen 15 ausgeführt, um ein leichtes Rollen aus den Tiefen 15 über die Höhen 16 in die nächste Tiefe 15 zu ermöglichen. Beim Zusammenspiel der beiden Führungskurven 10, 11 liegen die Höhen 15 den Höhen 16 der jeweils anderen Führungskurve 10, 11 gegenüber.
In 2a ist ein Ausschnitt A aus 2 vergrößert aufgezeigt.
3 zeigt die Besonderheit des Kugelkäfigs 12.
Dieser ist entsprechend dem Betätigungselement 2 ringförmig und weist Auskerbungen 18 zur Aufnahme der Kugeln 13 auf. In 3a ist eine der Auskerbungen 18 mit Kugel 13 vergrößert dargestellt. Die Auskerbungen 18 weisen kleine Phasen 19 auf, durch die die jeweilige Kugel 13 im Kugelkäfig 12 gelagert werden.
Die Funktionsweise ist wie folgt:
Im funktionsgemäßen Gebrauch wird der Knopf 3 des Betätigungselementes 2 verdreht, wobei die Kugeln 13 innerhalb der beiden zusammenwirkenden Führungskurven 10, 11 bewegt werden. Diese Kugeln 13 laufen entlang der Rillen 14 mit unterschiedlichen Höhen 15, 16, wodurch der Knopf 3 sich von der Blende 1' in Richtung Leiterplatte 8 weg- und danach beim Erreichen der neuen, tiefer liegenden Höhe 15 in seine Ausgangslage zurückbewegt. Diese tieferen Höhen 15 stellen den jeweils nächsten Rast- bzw. Einstellpunkt des Betätigungselementes 2 dar. Eine nicht näher dargestellte Bedienperson nimmt diese oszillierende Verstellung des Knopfes 3 haptil wahr.
Mit Verstellung des Knopfes 3 wird in bekannter Art und Weise die untere Seite 2.1 und damit die Schleiferplatte 5 verstellt, so daß die abgreifenden Kontakte 6 ein weiteres Signal abgreifen können.
Es versteht sich, dass die vorgenannte Lösung auch direkt in einem nicht näher dargestellten Drehschalter ohne Blendeneinbau integriert sein kann.
Feinheiten der Lösung sind u.a. die Einbindung eines Knackschalters 20, der als Vorsprung des Betätigungselementes 2 sich beim Einbau in die Leiterplatte 8 einhängt, wodurch ein genauer Abschluß erreicht wird. Die außermittige Drehknopflagerung des Drehknopfes 3 erlaubt eine mittige Ausleuchtung desselben.
5 zeigt ein weiteres Betätigungselement 21, welches durch eine mechanische Feder 22 von der Leiterplatte 8 in Richtung Blende 1' vorgespannt wird.
Um den Knopfaufschlagkriterien zu entsprechen, weisen beide Betätigungselemente 2, 21 Sollbruchstellen 23 und verformbare Schwachstellen 24 am Taster 4 im Drehknopf 3 auf.
Verwendung finden derartige Betätigungselemente 2 mit oszillierender Haptik in der Kfz-Technik, im Haushalt und in Haushaltsgeräten, in der Unterhaltungselektronik sowie in weiteren Technikgebieten, wo eine haptile Rückinformation bei der Bedienung der Geräte erwünscht ist.

Claims

Betätigungselement (2) mit in einem Gehäuse (1,1') befindlichen, drehbaren Knopf (3) sowie Kugeln (13), die mit einem Kugelkäfig (12) zusammenwirken, dadurch gekenn zeichnet, dass – zwei zueinander weisende Führungskurven (10, 11), welche je eine Rille (14) mit unterschiedlichen Höhen (15, 16) aufweisen, derart in das Betätigungselement (2) eingebunden sind, dass – die in den Führungen (10, 11) geführten Kugeln (13) eine oszillierende Bewegung auf den Drehknopf (3) des Betätigungselementes (2) übertragen.
Betätigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Kugeln (13) im Kugelkäfig (12) geführt werden.
Betätigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (12) Auskerbungen (17) aufweist, die kleine Phasen (18) zum Lagern der Kugeln (13) besitzen.
Betätigungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (12) frei tragend eingebunden ist.
Betätigungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Führungskurven (10, 11) in einen Vorsprung (3.1) des Drehknopfes (3) eingeformt ist, welcher sich unterhalb einer, Gehäuserippe (1.1, 1.1') des Gehäuses (1,1') befindet, in die wiederum die andere Führungskurve (10, 11) eingeformt ist.
Betätigungselement nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Drehknopfes (3) eine Kurvenscheibe (17) angeordnet ist.
Betätigungselement nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der unteren Seite (2.1) des Drehknopfes (3) Noppen (21) angedacht sind.