[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Multifunktionsschalter, insbesondere für ein
Kraftfahrzeug, mit einem getastet kreuzweise verschwenkbar sowie verdrehbar gelagerten
Betätigungselement, dem vier kreuzförmig zueinander angeordnete und mit einer Auswerteeinheit
sowie Anschlusskontakten gekoppelte Druckschalter für elektrische Schaltfunktionen
zugeordnet sind.
[0002] Die
DE 103 39 469 A1 offenbart einen Multifunktionsschalter, der durch Drehen, Druckbeaufschlagung sowie
Verschwenken eines Betätigungselementes zu betätigen ist, und bei dem die durch die
Drehbetätigung sowie durch die Druckbetätigung erzeugten Signale von einem elektronischen
Bauteil ausgegeben werden, während die durch das Verschwenken des dem elektronischen
Bauteil zugeordneten Betätigungselementes erzeugten elektrischen Signale von vier
Druckschaltern ausgegeben werden, die durch Kippen des Betätigungselementes um zwei
senkrecht zueinander angeordnete Achsen betätigt werden. Um mehrere, beispielsweise
acht, durch Verschwenken des Betätigungselementes ansteuerbare Schaltfunktionen zu
realisieren, sind acht Druckschalter erforderlich, deren Verwendung mit erheblichem
Kostenaufwand verbunden ist.
[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Multifunktionsschalter der eingangs genannten
Art zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere sollen mit vier Druckschaltern
acht Schaltfunktionen realisiert werden können.
[0004] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass den vier Druckschaltern acht
Schaltfunktionen in sternförmigen Schwenkschaltstellungen des Betätigungselementes
zugeordnet sind.
[0005] Durch die Kopplung der Druckschalter mit der Auswerteeinheit sind den Schaltstellungen
eindeutige Schaltsignale zuzuordnen, wobei beispielsweise einigen Schaltstellungen
lediglich ein einziger Druckschalter und in weiteren Schaltstellungen mehrere Druckschalter
beaufschlagt werden. Durch diese Ausgestaltung des Multifunktionsschalters ist gegenüber
dem Stand der Technik eine reduzierte Anzahl von Druckschaltern vorgesehen, wodurch
ein kostengünstiger Aufbau realisiert ist.
[0006] Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens ist das Betätigungselement um vier Schwenkachsen
verschwenkbar gelagert, die paarweise senkrecht zueinander stehen, wobei die Schwenkachsen
des ersten Paares gegenüber den Schwenkachsen des zweiten Paares um einen bestimmten
Winkelbetrag versetzt angeordnet sind.
[0007] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird durch Verschwenken
des Betätigungselementes um jeweils eine Schwenkachse des ersten Paares jeweils ein
Druckschalter betätigt, während durch Verschwenken des Betätigungselementes um jeweils
eine Schwenkachse des zweiten Paares zwei benachbart angeordnete Druckschalter betätigt
werden. In Verbindung mit der Auswerteeinheit ist eine eindeutige Zuordnung der beaufschlagten
Druckschalter zu der jeweiligen Schaltstellung und damit der Schaltfunktion gewährleistet.
[0008] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 4
bis 28 aufgeführt.
[0009] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche
definiert.
[0010] Die Erfindung wird im Folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert, wobei einander entsprechende Teile
mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:
- Fig.1
- eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Mehrfunktionsschalters in einer Schnittdarstellung,
- Fig.2
- eine Schnittdarstellung der ersten Ausführung nach Fig. 1 in einer gegenüber Fig.
1 senkrecht verlaufenden Schnittebene,
- Fig.3
- eine isometrische Ansicht der ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Mehrfunktionsschalters
nach Fig. 1 und 2,
- Fig. 4 und Fig. 5
- eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Mehrfunktionsschalters in den Fig. 1
und 2 entspre-chenden Schnittdarstellungen und
- Fig. 6 und Fig. 7
- eine erste sowie eine zweite Ausführung einer elektronischen Schaltung zur Auswertung
von durch die Druckschalter ausgegebenen elektrischen Signalen.
[0011] Der Mehrfunktionsschalter gemäß Fig. 1 und 2 besteht im Wesentlichen aus einem Betätigungselement
bzw. einem als Druck- und Drehknopf ausgebildeten Betätigungselement 1, einem Gehäuse
2, in dem das Betätigungselement 1 geführt ist, einer Schaltmatte 3, einer unterhalb
der Schaltmatte 3 angeordneten Leiterplatte 4 sowie einem Sockel 5. Weiterhin ist
das Betätigungselement 1 in einer Kardanaufhängung 6 in acht Richtungen verschwenkbar
gelagert. Die Kardanaufhängung 6 wird ihrerseits durch ein erstes Gelenkteil 7 sowie
ein vorzugsweise ringförmiges zweites Gelenkteil 8 gebildet, das im Gehäuse 2 gelagert
ist. Im ersten Gelenkteil 7 sind federnd vorgespannte Rasthülsen 9, 10 (s. Fig. 2)
angeordnet, die gerastete oder getastete Schaltstellungen des Betätigungselementes
1 definieren. Die Rasthülsen 9, 10 gleiten dabei auf einer haptischen Kurve 11, so
dass dem Benutzer ein angenehmes taktiles Gefühl vermittelt wird. Im mittleren Bereich
des Betätigungselementes 1 ist eine Druckfeder 12 angeordnet, die sich einerseits
am Betätigungselement 1 und andererseits an einem Führungsstift 14 abstützt, der seinerseits
in einer Vertiefung 13 des Sockels 5 abgestützt ist. Innerhalb der Vertiefung 13 ist
eine nicht dargestellte Rastkurve ausgebildet. Um ein unbeabsichtigtes Verschwenken
des Betätigungselementes 1 zu verhindern, drückt der Führungsstift 14 das Betätigungselement
1 in seine neutrale Schaltstellung zurück.
[0012] Um durch eine Drehbetätigung des Betätigungselementes 1 elektrische Signale erzeugen
zu können, ist im Gehäuse 2 ein Drehgeber vorgesehen, der, mit einem nicht dargestellten
Lichtsensor zusammen wirkend, der berührungslosen Erfassung der Drehbewegung des Betätigungselementes
1 dient und der als eine Lichtbarriere bzw. eine Gabellichtschranke 15 ausgebildet
ist, die durch eine auf der Schaltmatte 3 angeordnete, nicht dargestellte Lichtquelle
bzw. eine LED-Diode hinterleuchtet wird. Obwohl die erwähnte berührungslose Erfassung
der Drehbewegung des Betätigungselementes 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel auf optischem
Prinzip erfolgt, kann sie selbstverständlich auch z. B. nach magnetischem Prinzip
durchgeführt werden. Außerdem ist zwischen dem ersten Gelenkteil 7 und der Gabellichtschranke
15 ein kugelsegmentförmiges Kraftübertragungsteil 16 vorgesehen, während zwischen
der Gabellichtschranke 15 und eines im Bereich der Vertiefung 13 ausgebildeten Führungsabschnitts
17 des Sockels 5 ein Gleitstück 18 angeordnet ist, das die Führung des Betätigungselementes
1 im Sockel 5 unterstützt.
[0013] Um durch eine Beaufschlagung des Betätigungselementes 1 durch Druckbeaufschlagung
oder Verschwenken elektrische Signale erzeugen zu können, weist die Schaltmatte 3
vier Druckschalter 21, 22, 23, 24 (s. insbesondere Fig. 3) auf, die kreuzförmig zueinander
angeordnet und mit einer Auswerteeinheit gekoppelt sind. Die Auswerteeinheit kann
entweder schalterseitig auf der Leiterplatte 4 oder außerhalb des Schalters, beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug, angeordnet sein. Die Druckschalter 21, 22, 23, 24 werden durch
im Gehäuse 2 geführte, federnd vorgespannte Aktuatoren 25 - 28 (Fig. 3) betätigt.
[0014] Bei der Druckbetätigung des Schalters wird das Betätigungselement 1 in Richtung seiner
Drehachse bewegt. Während der Druckfunktion drückt das Betätigungselement 1 das kugelsegmentförmige
Kraftübertragungsteil 16 auf die Gabellichtschranke 15, deren axiale Bewegung auf
das Gleitstück 18 übertragen wird. Das Gleitstück 18 drückt die Schaltmatte 3 nach
unten, wodurch die vorstehend erwähnten Druckschalter 21, 22, 23 und 24 im Sinne einer
Signalerzeugung betätigt werden. Damit die Schaltmatte 3 senkrecht nach unten gedrückt
wird, wird das Gleitstück 18 in dem vorstehend erwähnten Führungsabschnitt 17 des
Sockels 5 geführt. Wenn sich das Betätigungselement 1 während der Druckbetätigung
außerhalb seiner zentralen Lage befindet, wird die Druckkraft in der axialen Richtung
in das kugelsegmentförmige Kraftübertragungsteil 16 sowie die Gabellichtschranke 15
eingeleitet.
[0015] Bei der Betätigung des Multifunktionsschalters durch Verschwenken des Betätigungselementes
1 ermöglicht die Kardanaufhängung 6 ein spielfreies Verschwenken des Betätigungselementes
1 um vier Schwenkachsen, die paarweise senkrecht zueinender stehen. Dabei sind die
Schwenkachsen des zweiten Paares gegenüber den Schwenkachsen des ersten Paares um
einen bestimmten Betrag, im gezeigten Beispiel um 45°, versetzt angeordnet. Bei der
Betätigung wird das Betätigungselement 1 in einer Richtung bzw. um eine der Schwenkachsen
verschwenkt, wodurch das drehbar gelagerte erste Gelenkteil 7 einen oder zwei unter
ihm im Gehäuse 2 geführte Aktuatoren 25 - 28 nach unten drückt. Durch diese Bewegung
wird die Schaltmatte 3 wieder nach unten gedrückt, wodurch die entsprechenden Druckschalter
21 - 24 betätigt werden. Die Zuordnung der einzelnen Schwenkschaltstellungen ist dabei
vorzugsweise derart getroffen, dass beim Verschwenken des Betätigungselementes 1 um
die Achsen des ersten Paares jeweils ein Druckschalter 21 - 24 betätigt wird, während
beim Verschwenken des Betätigungselementes 1 um die Achsen des zweiten Paares jeweils
zwei benachbarte Druckschalter 21, 22 bzw. 23, 24 betätigt werden. Mit definierten,
nicht dargestellten Endanschlägen kann der Betätigungsweg der Druckschalter 21 - 24
begrenzt und ein Niederdrücken des Betätigungselementes 1 während des Verschwenkens
verhindert werden.
[0016] Bei der in den Fig. 4 und 5 gezeigten, konstruktiv vereinfacht ausgeführten zweiten
Ausführung des Multifunktionsschalters wird das Betätigungselement 1 durch einen Schwenk-
und Druckknopf 30 sowie einen hohlen, den Schwenk- und Druckknopf 30 radial umgreifenden
Drehknopf 31 gebildet, die getrennt voneinander angeordnet sind. Die Bewegungen des
tellerförmigen Schwenk- und Druckknopfes 30 werden mittels eines sich durch eine Führung
38 hindurch erstreckenden stabförmigen Teiles 32 auf ein an dessen Ende ausgebildetes
Kugelgelenk 33 übertragen, das der Lagerung des Schwenk- und Druckknopfes 30 am Sockel
5 dient. Das Kugelgelenk 33 trägt vier an seinem Umfang in gleichen Winkelabständen
von 90° ausgebildete Betätigungsarme 34, 35, 36, 37 zur Betätigung der Druckschalter
21 - 24.
[0017] Die im Zusammenhang mit der ersten Ausführung erwähnten federnd belasteten Rasthülsen
9, 10 sind bei der zweiten Ausführung in entsprechenden Ausnehmungen des Drehknopfes
31 senkrecht angeordnet. Eine der berührungslosen Erfassung der Drehbewegung des Drehknopfes
31 dienende Lichtbarriere 39 ist im unteren Bereich des Drehknopfes 31 mit ihm einteilig
ausgebildet. Eine die Lichtbarriere 39 hinterleuchtende Lichtquelle sowie ein Lichtsensor
sind nicht dargestellt.
[0018] Die Betätigung der in den Fig. 4 und 5 gezeigten zweiten Ausführung des Multifunktionsschalters
durch Drehen des Drehknopfes 31 sowie durch Verschwenken des Schwenk- und Druckknopfes
30 entsprechen weitgehend den Betätigungsvorgängen der ersten Ausführung und werden
daher nicht näher erläutert.
[0019] Die in Fig. 6 dargestellte erste Auswerteschaltung dient einer analogen Verarbeitung
der von den Druckschaltern 21 - 24 erzeugten elektrischen Signale, die Steuereingängen
von vier bipolaren bzw. pnp-Transistoren 40, 41, 42, 43 zugeführt werden, deren Kollektoren
einerseits mit den Steuereingängen von vier npn-Transistoren 44 - 47 einer ersten
Signalverarbeitungsschaltung 50 und andererseits paarweise den Eingängen von vier
AND-Gatter 51 - 54 zugeführt werden, deren Ausgangssignale den Steuereingängen weiterer
vier npn-Transistoren 55 - 58 zugeführt werden, die zusammen mit den AND-Gattern 51
- 54 eine zweite Signalverarbeitungsschaltung 60 bilden. Dabei werden die Signale
der einzelnen Druckschalter 21 - 24 von der ersten Signalverarbeitungsschaltung 50
und die Signale der benachbart angeordneten zwei Druckschaltern 21, 22; 23, 24 von
der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 60 verarbeitet, wobei die Ausgangssignale
der beiden Signalverarbeitungsschaltungen 50, 60 mittels zweier A/D-Konverter eines
externen Mikroprozessors ausgewertet werden. Wenn z. B. der Druckschalter 21 betätigt
wird, wird der Transistor 40 umgeschaltet und stellt ein "1"-Signal für die Basis
des Transistors 44 zur Verfügung. Dadurch wird der Transistor 44 geschaltet und stellt
eine entsprechende Spannung am Ausgang der widerstandskodierten Schaltung bereit.
Wenn dagegen die Druckschalter 21 und 22 betätigt werden, werden die Transistoren
40 und 41 geschaltet und stellen "1"-Signale an beiden Eingängen des ersten AND-Gatters
51 bereit, dessen Ausgangssignal einen hohen Spannungspegel annimmt. Dadurch wird
der Transistor 55 geschaltet und stellt eine entsprechende Spannung am Ausgang der
widerstandskodierten Schaltung bereit.
[0020] Die in Fig. 7 dargestellte zweite Auswerteschaltung dient schließlich einer digitalen
Verarbeitung der von den Druckschaltern 21 - 24 erzeugten elektrischen Signale, die
Steuereingängen von vier bipolaren bzw. pnp-Transistoren 70, 71, 72, 73 zugeführt
werden, deren Ausgangssignale direkt in die digitalen Eingängen eines Mikroprozessors
eingelesen werden, der deren Auswertung vornimmt.
1. Multifunktionsschalter, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem getastet kreuzweise
verschwenkbar sowie verdrehbar gelagerten Betätigungselement (1), dem vier kreuzförmig
zueinander angeordnete und mit einer Auswerteeinheit sowie Anschlusskontakten gekoppelte
Druckschalter (21, 22, 23, 24) für elektrische Schaltfunktionen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass den vier Druckschaltern (21, 22, 23, 24) acht Schaltfunktionen in sternförmigen Schwenkschaltstellungen
des Betätigungselementes (1, 30) zugeordnet sind.
2. Multifunktionsschalter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (1, 30) um vier Schwenkachsen verschwenkbar gelagert ist,
die paarweise senkrecht zueinander stehen, wobei die Schwenkachsen des ersten Paares
gegenüber den Schwenkachsen des zweiten Paares um einen bestimmten Winkelbetrag versetzt
angeordnet sind.
3. Multifunktionsschalter nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass durch Verschwenken des Betätigungselementes (1, 30) um jeweils eine Schwenkachse
des ersten Paares jeweils ein Druckschalter (21, 22, 23, 24) betätigt wird, während
durch Verschwenken des Betätigungselementes (1, 30) um jeweils eine Schwenkachse des
zweiten Paares zwei benachbart angeordnete Druckschalter (21, 22; 23, 24) betätigt
werden.
4. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Druckbeaufschlagung des Betätigungselementes (1) in axialer Richtung elektrische
Signale erzeugbar sind.
5. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Drehbewegung des Betätigungselementes (1, 31) in mehrere Drehschaltstellungen
elektrische Signale erzeugbar sind.
6. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (1) durch einen Druck- und Drehknopf gebildet ist, der in
einer Kardanaufhängung (6 bzw. 7, 8) gelagert ist.
7. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (1) durch einen Schwenk- und Druckknopf (30) sowie einen hohlen
Drehknopf (31) gebildet ist, die getrennt voneinander angeordnet sind.
8. Multifunktionsschalter nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Gelenkteil (7) der Kardanaufhängung (6) federnd belastete Rasthülsen
(9, 10) vorgesehen sind, die gerastete oder getastete Schaltstellungen definieren.
9. Multifunktionsschalter nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die im ersten Gelenkteil (7) der Kardanaufhängung (6) gelagerte Rasthülsen (9, 10)
mit einer haptischen Kurve (11) zusammenwirken.
10. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 6 oder 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Bereich des als Druck- und Drehknopf ausgebildeten Betätigungselementes
(1) ein Führungsstift (14) angeordnet ist, der am Betätigungselement (1) über eine
Druckfeder (12) abgestützt ist, die diesen entgegen der Druckbeaufschlagungsrichtung
vorspannt.
11. Multifunktionsschalter nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkknopf (30) am Sockel (5) mittels eines Kugelgelenks (33) gelagert ist,
das vier Betätigungsarme (34, 35, 36, 37) zur Betätigung der Druckschalter (21, 22,
23, 24) trägt.
12. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 5 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Signale durch ein berührungsloses Erfassen der Drehbewegung eines
mit dem Druck- und Drehknopf oder dem Drehknopf (32) gekoppelten Drehgebers (15, 38)
in mehreren Segmenten erzeugt werden.
13. Multifunktionsschalter nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das berührungslose Erfassen der Drehbewegung des Drehgebers (15, 38) auf magnetischem
oder optischem Prinzip erfolgt.
14. Multifunktionsschalter nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (15) als ein umfangsseitig gleichmäßig verteilt Aussparungen aufweisender
Ring aus ferromagnetischem Material ausgebildet ist, der mit einem Hallelement zusammen
wirkt.
15. Multifunktionsschalter nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (38) als eine mit lichtdurchlässigen Segmenten versehene Lichtbarriere
(15) ausgebildet ist, die von mindestens einer Lichtquelle hinterleuchtet wird und
mit einem Lichtsensor zusammenwirkt.
16. Multifunktionsschalter nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbarriere (15) als eine Gabellichtschranke ausgebildet ist.
17. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl bei einer Druckbeaufschlagung als auch bei einem Verschwenken des Betätigungselementes
(1 bzw. 30) zur Signalerzeugung die gleichen Druckschalter (21 - 24) verwendet werden.
18. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Druckschaltern (21 - 24) erzeugten elektrischen Signale Steuereingängen
von vier bipolaren bzw. pnp-Transistoren (40 - 43) zugeführt werden, deren Ausgangssignale
einerseits einer ersten Signalverarbeitungsschaltung (50) zugeführt werden, die der
Auswertung der Signale der einzelnen Druckschalter (21 - 24) dient und andererseits
einer zweiten Signalverarbeitungsschaltung (60) zugeführt werden, die der Auswertung
der Signale der benachbart angeordneten zwei Druckschaltern (21, 22; 23, 24) dient,
wobei die Ausgangssignale der beiden Signalverarbeitungsschaltungen (50, 60) mittels
zweier A/D-Konverter eines Mikroprozessors ausgewertet werden.
19. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Druckschaltern (21 - 24) erzeugten elektrischen Signale Steuereingängen
von vier bipolaren bzw. pnp-Transistoren (70 - 73) zugeführt werden, deren digitale
Ausgangssignale von einem Mikroprozessor ausgewertet werden.
20. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sockel (5), eine den Sockel (5) überspannende Leiterplatte (4) mit der Auswerteeinheit
sowie ein Substrat vorgesehen sind, dem die vier Druckschalter (21 - 24) zugeordnet
sind.
21. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle auf der Leiterplatte (4) angeordnet ist.
22. Multifunktionsschalter nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle durch eine LED gebildet ist.
23. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 20 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat als eine Schaltmatte (3) ausgebildet ist.
24. Multifunktionsschalter nach einem der Ansprüche 20 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit Mikroschaltern versehen ist.
25. Multifunktionsschalter nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstift (14) in einer Vertiefung (13) des Sockels (5) abgestützt ist und
mit einer in der Vertiefung (13) ausgebildeten Rastkurve zusammenwirkt.
26. Multifunktionsschalter nach Anspruch 19 und 21 bis 25 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit außerhalb des Multifunktionsschalters in einem Kraftfahrzeug
angeordnet ist.
27. Multifunktionsschalter nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit außerhalb des Multifunktionsschalters in einer sog. Infotainmenteinheit
("Bordcomputer" Radio, Navigationssystem, Klimaanlage usw.") installiert ist.