[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 oder 3.
[0002] In der Art eines Joystick- und/oder Cursor-Schalters und/oder in der Art eines Drehstellers
ausgebildete elektrische Schalter dienen zur Eingabe von Daten für ein elektrisches
Gerät durch einen Benutzer. Beispielsweise werden solche Schalter für Autoradios,
Navigationsgeräte, Bordcomputer oder such zur Steuerung sonstiger Funktionen in Kraftfahrzeugen
verwendet. Insbesondere läßt sich ein solcher elektrischer Schalter auch als Multirunktionsschalter
zur Menüsteuerung von Funktionen über ein Display im Kraftfahrzeug verwenden.
[0003] Ein derartiger elektrischer Schalter ist aus der
US-A-4 459 440 bekannt und besitzt ein in einer Verschwenkebene bewegbar gelagertes Betätigungsorgan.
Das Betätigungsorgan wirkt mit einem Verschwenkmittel derart zusammen, daß das Betätigungsorgan
in der Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung in
eine der dieser Richtung zugeordnete Schwenkstellung durch den Benutzer verschwenkbar
ist. Die Schwenkstellung ist als eine Schaltstellung ausgebildet, derart daß das Betätigungsorgan
in der Schaltstellung auf ein Schaltelement schaltend einwirkt.
[0004] Beim bekannten Schalter wirkt das Betätigungsorgan direkt auf das als elektrischer
Schalter ausgebildete Schaltelement ein, womit die Schaltstellung dieses Schalters,
vor allem auch im Hinblick auf eine Großserienfertigung, sehr toleranzempfindlich
ist. Desweiteren gibt der bekannte Schalter keinen Hinweis auf die Realisierung von
ergonomischen Erfordernissen, insbesondere solchen, die für den Einsatz im Kraftfahrzeug
wünschenswert sind. Schließlich ist auch nicht weiter ersichtlich, ob dieser Schalter
zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit beengten Einbauräumen geeignet ist.
[0005] Weiterhin ist ein solcher elektrischer Schalter aus der
DE 296 04 717 U1 bekannt. Dieser Schalter besitzt ein bewegbares Betätigungsorgan. Das Betätigungsorgan
wirkt mit einem Drehmittel derart zusammen, daß das Betätigungsorgan um wenigstens
einen Winkel aus einer Ausgangsstellung in wenigstens eine Drehstellung verdrehbar
ist. Die Drehstellung ist als Schaustellung ausgebildet, in der das Betätigungsorgan
auf ein Schaltelement, Sensorelement, Signalelement o. dgl. betätigend bzw. schaltend
einwirkt.
[0006] In der
DE 296 04 717 U1 sind zur Ausbildung des Drehmittels keine näheren Angaben gemacht. Vor allem ist
offen, wie der Winkel zwischen Ausgangs- und Drehstellung festgelegt wird. Desweiteren
gibt der bekannte Schalter keinen Hinweis auf die Realisierung von ergonomischen Erfordernissen,
insbesondere solchen, die für den Einsatz im Kraftfahrzeug wünschenswert sind. Schließlich
ist auch nicht weiter ersichtlich, ob dieser Schalter zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug
mit beengten Einbauräumen geeignet ist.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schalter derart weiterzuentwickeln,
daß die Toleranzempfindlichkeit zwischen dem Betätigungsorgan und dem Schaltelement
verringert ist. Insbesondere soll das Betätigungsorgan des Schalters in mehrere Richtungen
verstellbar sein, wobei eine sichere Sensierung von mehreren, beispielsweise 8 Richtungen
bezüglich einer stabilen Segmentgröße der Einzelsegmente für die Verschwenknchtungen
gewährleistet sein soll.
[0008] Vorzugsweise soll der Schalter auch derart weiterentwickelt werden, daß das Betätigungsorgan
um einen vorgebbaren Winkel verdrehbar ist. Insbesondere soll ein Anschlag für die
Drehfunkion im Uhrzeigersinn und/oder im Gegenuhrzeigersinn geschaffen werden. Insbesondere
soll dieser Anschlag einen variablen Winkel einschließen, welcher von einem externen
Steuersignal vorgegeben wird.
[0009] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 oder 3 gelöst.
[0010] Beim erfindungsgemäßen Schalter nach einer ersten Ausführung wirkt das Betätigungsorgan
mit einem Hebel derart zusammen, daß die Schwenkbewegung des Betätigungsorgans in
eine übersetzte Drehbewegung des Hebels umgewandelt wird. Weiter betätigt in der Schwenkstellung
der Hebel das Schaltelement schaltend. Vorteilhafterweise werden somit auch kleine
Schwmkbewegungen in genügend große Betätigungswege für das Schaltelement umgewandelt,
was die Empfindlichkeit gegenüber Toleranzen verringert.
[0011] Beim erfindungsgemäßen Schalter nach einer zweiten Ausführung ist das Betätigungsorgan,
insbesondere über das Drehmittel, mit einem Inkrementring gekoppelt. Weiter ist ein
mittels eines Stellelements bewegbarer Riegel in Eingriff mit wenigstens einem Fenster
am Inkrementring bringbar, derart daß der Riegel einen Anschlag für die Drehfunktion
darstellt. Die Erfindung schafft somit ein zentrales Bedienelement (ZBE) mit verstellbaren
Anschlägen, welche in einfacher Art und Weise den jeweiligen Anforderungen im Kraftfahrzeug
flexibel anpaßbar sind.
[0012] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0013] Zur Erweiterung der Funktionalität des Schalters kann jeweils das Betätigungsorgan
zusätzlich drehbar und/oder verschwenkbar ausgestaltet sein. Hierzu wirkt zum einen
das Betätigungsorgan mit einem Drehmittel derart zusammen, daß das Betätigungsorgan
um wenigstens einen Winkel aus einer Ausgangsstellung in wenigstens eine als Schaltstellung
mit einem Schaltelement ausgebildete Drehstellung verdrehbar ist. Hierzu wirkt zum
anderen das Betätigungsorgan mit einem Verschwenkmittel derart zusammen, daß das Betätigungsorgan
in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung
in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist. Die Schwenkstellung ist als Schaltstellung
ausgebildet, so daß der Schalter bei Verschenkung des Betätigungsorgans ein entsprechendes
Schaltsignal erzeugt. Die Funktionalität des Schalters kann schließlich weiter gesteigert
werden, wenn das Betätigungsorgan mit einem Verschiebemittel derart zusammenwirkt,
daß das Betätigungsorgan um wenigstens eine Strecke aus einer Nullstellung in eine
Verschiebestellung linear bewegbar ist. Bevorzugterweise ist die Verschiebestellung
als eine ein Schaltelement aufweisende Schaltstellung ausgebildet, womit das Betätigungsorgan
eine Art "Enter"-Betätigung gestattet.
[0014] In weiterer Ausgestaltung kann am Hebel eine Schaltfahne angeordnet sein, wobei die
Schaltfahne in der Schwenkstellung das Schaltelement schaltend betätigt. Weiterhin
kann das Schaltelement aus einem Sensor bestehen. In funktionssicherer Weise, insbesondere
für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, kann der Sensor dann aus einer von der Schaltfahne
betätigbaren Lichtschranke bestehen.
[0015] Für eine besonders kompakte Ausbildung umfaßt das Verschwenkmittel eine an einem
Ende verschwenkbar gelagerte sowie am anderen Ende am Betätigungsorgan angeordnete
Gelenkstange. Der Hebel kann in einer Ebene, die in etwa senkrecht zur Gelenkstange
in der Neutralstellung steht, drehbar angeordnet sein. Desweiteren kann der Hebel
als einarmiger Hebel ausgestaltet sein, wobei die Drehachse des Hebels an dessen einem
Ende befindlich ist. Die Schaltfahne ist am anderen Ende des Hebels, insbesondere
in etwa senkrecht vom Hebel abstehend, angeordnet. Schließlich kann in kompakter Ausgestaltung
die Gelenkstange eine Ausnehmung, die in etwa mittig zwischen den beiden Enden des
Hebels befindlich ist, zur Drehung des Hebels bei Verschwenkung des Betätigungsorgans
durchgreifen.
[0016] Zur Realisierung mehrerer Schwenkrichtungen für das Betätigungsorgan umfaßt, das
Verschwenkmittel ein Kreuzgelenk für die verschwenkbare Lagerung des einen Endes der
Gelenkstange. In kompakter Bauart kann ein weiterer, zweiter Hebel in etwa kreuzweise
zum ersten Hebel, insbesondere im wesentlichen in der in etwa senkrecht zur Gelenkstange
in der Neutralstellung verlaufenden Ebene, angeordnet sein. Dabei betätigt das Betätigungsorgan
mit der Gelenkstange zwei, insbesondere geometrisch unterschiedlich ausgestaltete,
Hebel mit Schaltfahnen für die Lichtschranken. Beispielsweise kann der erste Hebel
für die Betätigung der Lichtschranken beim Verschwenken in Nord/Süd-Richtung sowie
der zweite Hebel für die Betätigung der Lichtschranken beim Verschwenken in Ost/West-Richtung
dienen. Ohne zusätzlichen Aufwand läßt sich die Funktionalität des Schalters dadurch
steigern, daß die Betätigung der Lichtschranken beim Verschwenken in Zwischenrichtungen
sich aus einer Kombination der Drehstellungen des ersten Hebels und des zweiten Hebels
ergibt Bei einer derartigen Ausgestaltung minimiert vorteilhafterweise, die Übersetzung
der kleinen Betatigungswege in große Schaltwege mittels der HebelAnordnung eine Streuung
der Segmentgrößen durch Positionsabweichungen zur Sollposition der als Lichtschranken
ausgebildeten Sensoren.
[0017] Schließlich können die beiden Hebel zur Bewegungsübersetzung des Betätigungsorgans
und die als Lichtschranken ausgebildeten Sensoren in zwei zueinander parallelen Ebenen,
die in x-y-Richtung verlaufen, angeordnet sein. Eine solche Anordnung ergibt eine
einfache und dennoch kompakte Bauart. Dabei bietet es sich an, daß die Ebene für die
Sensoren von einer Leiterplatte gebildet ist.
[0018] Es bietet sich in weiterer Ausgestaltung an, einen weiteren zweiten, mittels eines
Stellelementes bewegbaren Riegel am Inkrementring anzuordnen. Mit Hilfe der beiden
Riegel ist jeweils ein Anschlag für die Drehfunkion im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn
geschaffen. Dadurch wird die flexible Anpaßbarkeit des Schalters weiter gesteigert.
In einfacher Ausgestaltung bietet es sich an, daß das Stellelement aus einem Hubmagneten,
einem Elektromotor, einem Schrittmotor, einem Piezoelement o. dgl. besteht.
[0019] In kompakter Ausgestaltung umfaßt das Drehmittel eine an einem Ende drehbar gelagerte
sowie am anderen Ende am Betätigungsorgan angeordnete Welle. Zwecks kompakter Anordnung
bietet es sich dann an, daß die Welle in der Gelenkstange angeordnet ist. Zur Lagerung
kann an dem einen Ende der Welle ein Drehring befindlich sein. Zwecks weitergehender
Kompaktheit kann der Inkrementring mittels einer Verzahnung von dem Drehmittel, insbesondere
vom Drehring, bewegbar sein. Schließlich bietet es sich zwecks guter Handhabung sowie
besonders ergonomischer Bedienung durch den Benutzer an, daß das Betätigungsorgan
einen Drehknopf umfaßt.
[0020] Vor allem in der Funktion eines Drehstellers ist es zweckmäßig, wenn bei Drehung
des Betätigungsorgans vom Schaltelement aufeinanderfolgende Pulse bei jeweiligem Erreichen
der Drehstellung erzeugt werden. In funktionssicherer Weise kann das Schaltelement
aus einer Lichtschranke bestehen. Am Inkrementring können Zähne angeordnet sein, derart
daß die Pulse von der Lichtschranke durch Zusammenwirkung der Zähne mit der Lichtschranke
bei Drehung des Inkrementrings erzeugt werden.
[0021] Zur Steigerung der Ergonomie für den Benutzer kann der Inkrementring mit wenigstens
einer federbelasteten Kugel zur Erzeugung von mechanischen Drehraststellungen zusammenwirken.
Zusätzlich ist bei einer solchen Ausgestaltung ein Feststellen an einer beliebigen
Position abhängig von der Rastung durch ein Steuersignal ermöglicht. Beispielsweise
können 24 Rastungen pro Umdrehung vorhanden sein, wobei das Feststellen jeweils in
Raststellung 12 erfolgt.
[0022] Um eine Dauerbestromung des Hubmagneten zu vermeiden, womit Energie gespart wird,
kann der Hubmagnet zwei stabile Endlagen besitzen. Dadurch ist der Riegel durch kurzzeitiges
Bestromen des Hubmagneten bewegbar. Zwecks kompakter Anordnung in der ZBE ist der
Riegel an einem Hebel angeordnet. Der Hebel kann gabelartig ausgestaltet sein, wobei
der Riegel an dem einen Ende des Hebels befindlich ist sowie das andere Ende des Hebels
an einem Stößel des Hubmagneten angelenkt ist. Desweiteren ist der Stößel an der dem
Inkrementring abgewandten Seite des Hubmagneten befindlich, derart daß der gabelartige
Hebel den Hubmagneten umgreift.
[0023] Für besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ist nachfolgedes festzustellen.
[0024] Geschaffen ist ein zentrales Bedienungselement (ZBE) mit einer Erkennung von 8 Betätigungsrichtungen.
Ein Drehknopf mit einer Welle und einer Gelenkstange betätigt zwei geometrisch unterschiedliche
Hebel mit Schaltfahnen für die als Lichtschranken ausgebildeten Sensoren. Der erste
Hebel dient für die Nord-/Süd-Betätigung. Der zweite Hebel dient für die Ost-/West-Betätigung.
Die Zwischenrichtungen ergeben sich aus der Kombination der Stellungen des ersten
Hebels und des zweiten Hebels. Die Hebeltibersetzang und die als Lichtschranken ausgebildeten
Sensoren sind in einer Ebene, und zwar der x-y-Ebene angeordnet. Die Übersetzung der
kleinen Betätigungswege in große Schaltwege minimiert eine Streuung der Segmentgrößen
durch Positionsabweichungen zur Sollposition der als Lichtschranken ausgebildeten
Sensoren.
[0025] Der Schalter besitzt einen Drehknopf, wobei die Drehbewegung des Drehknopfs über
eine Welle nach unten und mit einem Zahnradpaar aus der Drehachse geleitet sowie übersetzt
wird. Die mechanische Kugelrastung, beispielsweise für 24 Rastungen pro Umdrehung,
bildet mit dem Drehmomentüberlastungsschutz und Inkrementring mit Fenster für die
Riegel eine Einheit, welche nur eine kleine Toleranzkette beinhaltet. Bei Signalgabe
wird der Hubmagnet betätigt und der Riegel greift in ein Fenster am Inkrementring
ein. Der Riegel sperrt die Drehbarkeit des Inkrementrings in einer Richtung, läßt
aber ein Zurückdrehen um einen bestimmten Winkel zu. Somit verbleibt genügend Zeit,
um diesen Riegel mittels des Hubmagneten als Stellelement zu ziehen. Damit ist wiederum
ein Weiterdrehen ermöglicht. Die Signalerfassung erfolgt beispielsweise über Schaltfahnen
am Inkrementring sowie einer Lichtschranke mit 2 Lichtgittern für die Drehrichtungserkennung.
Die aus Hubmagneten bestehenden Stellelemente, die Leistungsstufen zur Ansteuerung
der Hubmagnete und die Signalerfassung durch die Lichtschranke sind auf einer Leiterplatte
angeordnet. Durch entsprechende Anordnung von zwei Riegelsystemen ist es möglich,
bei Betätigung je eines Riegelsystems im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn
zu sperren. Bei Betätigung beider Riegelsysteme wird ein Feststellen an einer beliebigen
Position abhängig von der Rastung, die beispielsweise aus 24 Rastungen pro Umdrehung
besteht, erreicht.
[0026] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine sichere
Sensierung der Verschwenkung, und zwar insbesondere von 8 Richtungen, bei kleinen
Betätigunpwegen für das Betätigungsorgan, beispielsweise von ca. 2,5 mm, bezüglich
einer stabilen Segmentgröße der Einzelsegmente im Großserienprozeß ermöglicht ist.
[0027] Die mit der Erfindung erzielten weiteren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß
das beispielsweise als Hubmagnet ausgestaltete Stellelement keine Dauerbestromung
benötigt sondern zwei stabile Endlagen aufweist. Das Wechseln dieser Endlagen durch
kurze Bestromungszeiten ergibt insgesamt einen niedrigen elektrischen Verbrauch für
die Anschlagfunktion in der ZBE, insbesondere im Vergleich zur bisher üblichen motorischen
Bremse.
[0028] Weitere Vorteile bestehen darin, daß der Schalter trotz hoher Funktionalität mit
geringem Platzbedarf auskommt. Damit ist der Schalter für enge Bauräume, wie sie im
Armaturenbrett, der Mittelkonsole, der Armlehne o. dgl. im Kraftfahrzeug gegeben sind,
geeignet. Weiter ist der Schalter fehlerunanfällig und besitzt eine hohe Lebensdauer.
Der erfindungsgemäße Schalter läßt sich somit vorteilhaft in rauhen Umgebungsbedingungen,
beispielsweise in Kraftfahrzeugen, einsetzen. Außerdem weist der Schalter eine gute
Haptik auf, beispielsweise besitzt der Schalter acht Vorzugsrichtungen für das Betätigungsorgan
bei geringen Betätigungswegen, was zur Steigerung der Ergonomie beiträgt. Trotz hoher
Funktionalität ist der Schalter einfach, beispielsweise mit den Fingern einer Hand,
zu bedienen, wobei Fehlbedienungen weitgehend ausgeschlossen sind. Außerdem ist der
Schalter kostengünstig herzustellen.
[0029] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- Fig. 1
- perspektivisch einen durch Schwenken, Drücken und Drehen betätigbaren elektrischen
Schalter in der Art eines Multifunkdonsschalters, der teilweise aufgeschnitten ist,
- Fig. 2
- die Verschwenkmittel des Schalters aus Fig. 1 als Einzelteil,
- Fig. 3
- schematisch die Verschwenkfichtungen für den Schalter aus Fig. 1,
- Fig. 4
- die Drehmittel des Schalters aus Fig. 1 von der Oberseite gesehen und
- Fig. 5
- die Drehmittel des Schalters aus Fig. 1 von der Unterseite gesehen.
[0030] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer elektrischer Schalter 1 zu sehen, der in der
Art eines Joystick- und/oder Cursor-Schalters bzw. Multifunktionsschalters ausgestaltet
ist. Der Schalter 1 besitzt ein Betätigungsorgan 2, das vom Benutzer auf mehrere unterschiedliche
Arten manuell bewegbar ist Zunächst wirkt das Betätigungsorgan 2 mit Verschwenkmitteln
3 derart zusammen, daß das Betätigungsorgan 2 in einer Verschwenkebene in wenigstens
eine Richtung in der Art einer Vorzugsrichtung vom Benutzer aus einer neutralen Stellung
in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist. Weiterhin wirkt das Betätigungsorgan 2
mit Verachiebemitteln 5 derart zusammenwirken, daß das Betätigungsorgan 2 um wenigstens
eine Strecke aus einer Nullstellung in eine Verschiebestellung durch Drücken vom Benutzer
in der Art einer "Eater"-Funktion linear bewegbar ist. Schließlich wirkt das Betätigungsorgan
2 noch mit in Fig. 4 deutlich sichtbaren Drehmittel 4 derart zusammen, daß das Betätigungsorgan
2 vom Benutzer um wenigstens einen Winkel aus einer Ausgangsstellung in eine Drehstellung
verdrehbar ist. Die Schwenkstellung, die Verschiobeatellung sowie die Drehstellung
sind jeweils als eine Schaltstellung ausgebildet, derart daß das Betätigungsorgan
2 in der jeweiligen Schaltstellung auf ein zugehöriges Schaltelement 6, 24, 35 (siehe
hierzu such Fig. 4), Sensorelement, Signalelement o. dgl. schaltend einwirkt. Das
Schaltelement 35 für die Verschiebestellung besteht aus einer Schaltmatte, die eine
gewisse Haptik für den Benutzer beim Drücken des Betätigungsorgans 2 bietet.
[0031] Der Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 7, das wiederum aus einem Gehäuseoberteil 7' und
einem Gehäuseunterteil 7" besteht Aus dem Gehäuse 7, und zwar am Gehäuseoberteil 7',
ragt das Eatätigungeorgan 2 zur Bedienung durch den Benutzer heraus. Das verschwenkbare,
drehbare sowie verschiebbare Betätigungsorgan 2 umfaßt einen Drehknopf 9, wobei der
Drehknopf 9 an dem einen Ende einer Gelenkstange 8 sowie einer Welle 20 (siehe Fig.
4) angeordnet ist Das Verschwenkmittel 3, das Verschicbemittel 5 und/oder das Drehmittel
4 basieren auf der im Gehäuse 7 gelagerten Gelenkstange 8 mit der Welle 20. Dabei
umfaßt das Verschwenkmittel 3, wie man anhand von Fig. 2 erkennt, die Gelenkstange
8 sowie einen Hebel 10. Beim Verschwenken wirkt nun das Betätigungsorgan 2 mittels
der Gelenkstange 8 mit dem Hebel 10 derart zusammen, daß die Schwenkbewegung des Betätigungsorgans
2 in eine übersetzte Drehbewegung des Hebels 10 umgewandelt wird, Am Hebel 10 ist
weiter eine Schaltfahne 12 angeordnet, so daß die Schaltfahne 12 in der Schwenkstellung
das Schaltelement 6 schaltend betätigt. Vorliegend besteht das Schaltelement 6 aus
einem Sensor, und zwar einer von der Schaltfahne 12 betätigbaren, gabelartigen Lichtschranke
6, die auf einer im Gehäuse 7 befindlichen, parallel zur Ebene 14 in x-/y-Richtung
verlaufenden Leiterplatte 17 angeordnet ist.
[0032] Wie man weiter in Fig. 2 sieht, ist der Hebel 10 in der Ebene 14 drehbar angeordnet,
die in etwa senkrecht zur Gelenkstange 8 in der Neutralstellung steht. Der Hebel 10
ist als einarmiger Hebel ausgestaltet, wobei die Drehachse 15 des Hebels 10 an dessen
einem Ende befindlich ist. Die Schaltfahne 12 ist am anderen Ende des Hebels 10, und
zwar in etwa senkrecht vom Hebel 10 abstehend, angeordnet. Die Gelenkstange 8 durchgreift
eine Ausnehmung 16, die in etwa mittig zwischen den beiden Enden des Hebels 10 befindlich
ist, zur Drehung des Hebels 10 bei Verschwenkung des Drehknopfes 9.
[0033] Vorliegend ist das Betätigungsorgan 2 nicht nur in eine Richtung sondern in der Art
einer Windrose entsprechend der Fig. 3 in mehreren Richtungen, und zwar in acht, mit
den Himmelsrichtungen bezeichneten Richtungen, verschwenkbar ausgestaltet, indem die
Gelenkstange 8 in einem Kreuzgelenk 18 im Gehäuse 7 gelagert ist sowie mit einer die
Richtung festlegenden, sowie die Schwenkhaptik für den Benutzer erzeugenden Schwenkkulisse
19 zusammenwirkt, welche in Fig. 1 zu sehen ist. Zur Detektierung dieser Schwenkrichtungen
sind zum einen weitere Lichtschranken 6' auf der Leiterplatte 17 angeordnet. Zum anderen
ist ein weiterer, zweiter Hebel 11 mit einer Schaltfahne 13 in etwa kreuzweise zum
ersten Hebel 10 im wesentlichen in der Ebene 14 angeordnet, derart daß der Drehknopf
9 beim Verschwenken mittels der Gelenkstange 8 mit der darin angeordneten Welle 20
diese zwei geometrisch unterschiedlich ausgestalteteten Hebel 10,11 mit Schaltfahnen
12, 13 für die Lichtschranken 6,6' betätigt. Dabei dient der erste Hebel 10 für die
Betätigung der Lichtschranken 6 beim Verschwenken in Nord/Süd-Richtung und der zweite
Hebel 11 für die Betätigung der Lichtschranken 6' beim Verschwenken in Ost/West-Richtung.
Die Betätigung der Lichtschranken 6, 6' beim Verschwenken in Zwischenrichtungen ergeben
sich aus einer Kombination der Drehstellungen des ersten Hebel 10 und des zweite Hebels
11.
[0034] Mittels den vier Lichtschranken 6, 6' sind somit acht Verschwenkrichtungen des Betätigungsorgans
2 detektierbar, indem die Signalgabe der jeweiligen Lichtschranken 6,6' ausgewertet
wird. Wie man anhand von Fig. 3 sieht, erfolgt die Signalgabe der Lichtschranken 6,
6' in den acht Richtungen mit ungefähr gleicher Segmentgröße. Die Übersetzung der
kleinen Betätigungswege das Drehknopfes 9 beim Verschwenken mittels der Hebel 10,
11 in große Schaltwege für die Schaltfahnen 12, 13 minimiert eine Streuung der Segmentgrößen
durch Positionsabweichungen zur Sollposition der als Sensoren verwendeten Lichtschranken
6, 6'. Wie man weiter in Fig. 2 sieht, sind die beiden zur Bewegungsübersetzung des
Drehknopfes 9 dienenden Hebel 10,11 und die Lichtschranken 6, 6' in zwei zueinander
parallelen Ebenen 14,17 angeordnet.
[0035] Wie bereits erwähnt ist das Betätigungsorsan 2 drehbar ausgestaltet. Wie man in Fig.
4 sieht, umfaßt das Drehmittel 4 für den Drehknopf 9 die Welle 20 sowie einen Drehring
21. Das Betätigungsorgan 2 ist über die Drehmittel 4 weiter mit einem Inkrementring
22 gekoppelt, indem der Inkrementring 22 mittels einer als Getriebe wirkenden Verzahnung
23 von den Drehmitteln 4 bewegbar ist. Das Schaltelement 24 zur Detektierung der Drehung
des Drehknopfes 9 besteht aus einer gabelförmigen Lichtschranke. Am Inkrementring
22 sind Zähne 25 angeordnet, die durch die gabelförmige Lichtschranke 24 hindurch
bewegbar sind, derart daß Pulse von der Lichtschranke 24 bei Drehung des Inkrementrings
22 erzeugt werden. Zur Erzeugung von Drehraststellungen sowie für die Haptik der Drehbewegung
wirkt der Inkrementring 22 mit wenigstens einer nicht weiter gezeigten, federbelasteten
Kugel zusammen, die in entsprechende, in Fig. 5 sichtbare Löcher 26 am Incrementring
22 eingreift.
[0036] Die Drehfunktion des Betätigungsorgans 2 weist einen verstellbaren Anschlag auf,
so daß die Anzahl der Drehincremente in variabler Weise begrenzbar ist. Hierfür ist
ein mittels eines Stellelements 27 bewegbarer Riegel 28 in Eingriff mit wenigstens
einem, bavoraugterweise mehreren Fenstern 29 am Inkrementring 22 bringbar, derart
daß der Riegel 28 den Anschlag für die Drehfunktion darstellt. Bei dem Stellelement
27 kann es sich um einen Hubmagneten, einen Elektromotor, einen Schrittmotor, ein
Piezoelement o. dgl. handeln.
[0037] Wie man anhand der Fig. 5 erkennt, ist der Riegel 28 an einem Hebel 30 angeordnet,
wobei der Hebel 30 gabelartig ausgestaltet ist. Der Riegel 28 ist an dem einen Ende
des Hebels 30 befindlich während das andere Ende des Hebels 30 an einem Stößel 31
des Hubmagneten 27 angelekt ist. Der Stößel 31 ist an der dem Inkrementring 22 abgewandten
Seite des Hubmagneten 27 befindlich, derart daß der gabelartige Hebel 30 den Hubmagnet
27 zwecks kompakter Anordnung im Gehäuse 7 umgreift. Der Hubmagnet 27 besitzt zwei
stabile Endlagen, womit der Hubmagnet 27 keine Dauerbestromung benötigt, sondern vielmehr
der Riegel 28 durch lediglich kurzzeitiges Bestromen des Hubmagneten 27 bewegbar ist.
[0038] In derartiger Weise ist jeweils ein Anschlag für die Drehfunktion des Drehknopfes
9 im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn realisiert. Hierfür ist ein weiterer zweiter,
mittels eines Hubmagneten 27' bewegbarer Riegel 28' am Inkrementring 22 angeordnet,
wie man anhand der Fig. 4 sieht. Die beiden Riegel 28, 28' stellen jeweils einen variablen
Anschlag für die Drehfunktion des Drehknopfs 9 im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn
der. Und zwar dient der Hubmagnet 27 für die Sperrung der Drehung im Uhrzeigersinn
und der Hubmagnet 27' für die Sperrung der Drehung im Gegenuhrzeigersinn. Schließlich
kann der Inkrementring 22 noch eine Rutschkupplung 32 gemäß Fig. 5 ausweisen, um einen
Drehmoment-Überlastungsschutz bei Wirkung der jeweiligen Anschläge zu gewährleisten.
Desweiteren ist in Fig. 5 noch eine auf der Leiterplatte 17 befindliche Elektronik
33 zur Ansteuerung der Hubmagnete 27, 27' sowie ein Kabelabgang 34 zur Kontaktierung
des Schalters 1 mit beispielsweise einem Bussystem zu sehen.
[0039] Ein derartiger Mehrfunktiosschalter läßt sich für Autoradios, für Navigationssysteme
und/oder für Steuergeräte, Displays o. dgl. in Kraftfahrzeugen verwenden. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die
Patentansprüche definierten Erfindung. Neben Kraftfehrzeuganwendungen kann ein derartiger
Mehrfunktionsschalter in vorteilhafter Weise auch als Eingabemittel für Computer,
Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte o. dgl. eingesetzt werden, Schließlich läßt sich
die Erfindung nicht nur bei den beschriebenen Multifunktionsschaltern sondern auch
bei solchen Schaltern einsetzen, bei denen das Betätigungsorgan lediglich verschwenkbar
oder lediglich drehbar in der Art eines Drehstellers ausgestaltet ist.
Bezugszeichen-Liste:
[0040]
- 1:
- elektrischer Schalter
- 2:
- Betätigungsorgan
- 3:
- Verschwenkmittel
- 4:
- Drehmittel
- 5:
- Verschiebemittel
- 6,6':
- Schaltelement / Lichtschranke (für Schwenken)
- 7:
- Gehäuse
- 7':
- Gehäuseoberteil
- 7";
- Gehäoseunterteil
- 8:
- Gelenkstange
- 9:
- Drehknopf
- 10,11:
- Hebel (von Verschwenkmittel)
- 12,13:
- Schaltfahne
- 14:
- Ebene
- 15:
- Drehachse (von Hebel)
- 16:
- Ausnehmung (in Hebel)
- 17:
- Leiterplatte / Ebene
- 18:
- Kreuzgelenk
- 19:
- Schwenkkulisse
- 20:
- Welle
- 21:
- Drehring
- 22:
- Inkrementring
- 23:
- Verzahnung
- 24:
- Schaltelement / Lichtschranke (für Drehen)
- 25:
- Zahn (am Inkrementring)
- 26:
- Loch
- 27,27':
- Hubmagnet / Stellelement
- 28,28':
- Riegel
- 29:
- Fenster (am Inkrementring)
- 30:
- Hebel (von Riegel)
- 31:
- Stößel (von Hubmagnet)
- 32:
- Rutschkupplung
- 33:
- Elektronik
- 34:
- Kabelabgang
- 35:
- Schaltelement / Schaltmatte (für Drücken)
1. Elektrischer Schalter, insbesondere in der Art eines Joystick- und/oder Cursor-Schalters,
mit einem Betätigungsorgan (2), wobei das Betätigungsorgan (2) mit einem Verschwenkmittel
(3) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan (2) in einer Verschwenkebene in
wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung in eine Schwenkstellung verschwenkbar
ist, und wobei die Schwenkstellung als eine Schaltstellung ausgebildet ist, derart
daß das Betätigungsorgan (2) in der Schaltstellung auf ein Schaltelement (6, 6') schaltend
einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (2) mit einem Hebel (10, 11) derart zusammenwirkt, daß die Schwenkbewegung
des Betätigungsorgans (2) in eine übersetzte Drehbewegung des Hebels (10,11) umgewandelt
wird, und daß in der Schwenkstellung der Hebel (10,11) das Schaltelement (6, 6') schaltend
betätigt.
2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (2) mit einem Drehmittel (4) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan
(2) um wenigstens einen Winkel aus einer Ausgangsstellung in wenigstens eine Drehstellung
verdrehbar ist, wobei insbesondere die Drehstellung als eine ein Schaltelement (24)
aufweisende Schaltstellung ausgebildet ist, und daß vorzugsweise das Betätigungsorgan
(2) mit einem Verschiebemittel (5) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan
(2) um wenigstens eine Strecke aus einer Nullstellung in eine Verschiebestellung linear
bewegbar ist, wobei insbesondere die Verschiebestellung als eine ein Schaltelement
(35) ausweisende Schaltstellung ausgebildet ist.
3. Elektrischer Schalter, insbesondere in der Art eines Drehstellers, mit einem Betätigungsorgan
(2), wobei das Betätigungsorgan (2) mit einem Drehmittel (4) derart zusammenwirkt,
daß das Betätigungsorgan (2) aus einer Ausgangsstellung um wenigstens einen Winkel
in wenigstens eine Drehstellung drehbar ist, und wobei die Drehstellung als Schaltstellung
ausgebildet ist, derart daß du Betätigungsorgan (2) in der Schaltstellung auf ein
Schaltelement (24), Sensorelement, Signalelement o. dgl. betätigend einwirkt, insbesondere
nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (2), insbesondere über das Drehmittel (4), mit einem Inkrementring
(22) gekoppelt ist, und daß ein mittels eines Stellelementes (27) bewegbarer Riegel
(28) in Eingriff mit wenigstens einem Fenster (29) am Inkrementring (22) bringbar
ist, derart daß der Riegel (28) einen Anschlag für die Drehfunktion darstellt.
4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (2) mit einem Verschwenkmittel (3) derart zusammenwirkt, daß
das Betätigungsorgan (2) in einer Verschwenkebene in wenigstens eine Richtung aus
einer neutralen Stellung in eine Schwenkstellung verschwenkbar ist, wobei insbesondere
die Schwenkstellung als eine ein Schaltelement (6, 6') aufweisende Schaltstellung
ausgebildet ist, und daß vorzugsweise das Betätigungsorgan (2) mit einem Verschiebemittel
(5) derart zusammenwirkt, daß das Betätigungsorgan (2) um wenigstens eine Strecke
aus einer Nullstellung in eine Verschiebestellung linear bewegbar ist, wobei insbesondere
die Verschiebestellung als eine ein Schaltelement (35) aufweisende Schaltstellung
ausgebildet ist.
5. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Hebel (10,11) eine Schaltfahne (12,13) angeordnet ist sowie die Schaltfahne (12,
13) in der Schwenkstellung das Schaltelement (6, 6') schaltend betätigt, und daß vorzugsweise
das Schaltelement (6, 6') aus einem Sensor, insbesondere einer von der Schaltfahne
(12,13) betätigbaren Lichtschranke, besteht.
6. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschwenkmittel (3) eine an einem Ende verschwenkbar gelagerte sowie am anderen
Ende am Betätigungsorgan (2) angeordnete Gelenkstange (8) umfaßt, daß vorzugsweise
der Hebel (10,11) in einer Ebene (14) drehbar angeordnet ist, die in etwa senkrecht
zur Gelenkstange (8) in der Neutralstellung steht, daß weiter vorzugsweise der Hebel
(10,11) als einarmiger Hebel ausgestaltet ist, wobei die Drehachse (15) des Hebels
(10,11) an dessen einem Ende befindlich ist, daß weiter vorzugsweise die Schaltfahne
(12, 13) am anderen Ende des Hebels (10, 11), insbesondere in etwa senkrecht vom Hebel
(10, 11) abstehend, angeordnet ist, und daß noch weiter vorzugsweise die Gelenkstange
(8) eine Ausnehmung (16), die insbesondere in etwa mittig zwischen den beiden Enden
des Hebels (10, 11) befindlich ist, zur Drehung des Hebels (10, 11) bei Verschwenkung
des Betätigungsorgans (2) durchgreift.
7. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschwenkmittel (3) ein Kreuzgelenk (18) für die verschwenkbare Lagerung des
einen Endes der Gelenkstange (8) umfaßt, daß vorzugsweise ein weiterer, zweiter Hebel
(11) in etwa kreuzweise zum ersten Hebel (10), insbesondere im wesentlichen in der
Ebene (14) angeordnet ist, derart daß das Betätigungsorgan (2) mit der Gelenkstange
(8) zwei, insbesondere geometrisch unterschiedlich ausgestaltetete, Hebel (10, 11)
mit Schaltfahnen (12,13) für die Lichtschranken (6, 6') betätigt, daß weiter vorzugsweise
der erste Hebel (10) für die Betätigung der Lichtschranken (6) beim Verschwenken in
Nord/süd-Richmng dient, daß noch weiter vorzugsweise der zweite Hebel (11) für die
Betätigung der Lichtschranken (6') beim Verschwenken in Ost/West-Richtung dient, und
daß nochmals weiter vorzugsweise die Betätigung der Lichtschranken (6, 6') beim Verschwenken
in Zwischenrichtungen sich aus einer Kombination der Drehstellungen des ersten Hebel
(10) und des zweiten Hebels (11) ergibt.
8. Elektrischer Schaltet nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hebel (10, 11) und die Sensoren (6, 6') in zwei zueinander parallelen
Ebenen (14, 17) angeordnet sind, wobei insbesondere die Ebene für die Sensoren (6,
6') von einer Leiterplatte (17) gebildet ist
9. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer zweiter, mittels eines Stellelementes (27') bewegbarer Riegel (28')
am Inkrementring (22) angeordnet ist, derart daß die beiden Riegel (28, 28') jeweils
einen Anschlag für die Drehfunktion im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn darstellen,
und daß vorzugsweise das Stellelement (27, 27') aus einem Hubmagneten, einem Elektromotor,
einem Schrittmotor, einem Piezoelement o. dgl. besteht
10. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmittel (4) eine an einem Ende drehbar gelagerte sowie am anderen Ende am
Betätigungsorgan (2) angeordnete Welle (20) umfaßt, daß vorzugsweise die Welle (20)
in der Gelenkstange (8) angeordnet ist, daß weiter vorzugsweise an dem einen Ende
der Welle (20) ein Drehring (21) befindlich ist, daß noch weiter vorzugsweise der
Inkrementring (22) mittels einer Verzahnung (23) von dem Drehmittel (4), insbesondere
vom Drehring (21), bewegbar ist, und daß nochmals weiter vorzugsweise das Betätigungsorgan
(2) einen Drehknopf (9) umfaßt.
11. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drehung des Betätigungsorgans (2) vom Schaltelement (24) aufeinanderfolgende
Pulse bei jeweiligen Erreichen der Dichstellung erzeugt werden, daß vorzugsweise das
Schaltelement (24) aus einer Lichtschranke besteht, und daß weiter vorzugsweise am
Inkrementring (22) Zähne (25) angeordnet sind, derart daß die Pulse von der Lichtschranke
(24) durch Zusammenwirkung der Zähne (25) mit der Lichtschranke (24) bei Drehung des
Inkrementrings (22) erzeugt werden.
12. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Inkrementring (22) mit wenigstens einer federbelasteten Kugel zur Erzeugung von
Drehraststellungen zusammenwirkt.
13. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubmagnet (27, 27') zwei stabile Endlagen besitzt, derart daß der Riegel (28,
28') durch kurzzeitiges Bestromen des Hubmagneten (27, 27) bewegbar ist.
14. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (28, 28') an einem Hebel (30) angeordnet ist, daß vorzugsweise der Hebel
(30) gabelartig ausgestaltet ist, wobei der Riegel (28, 28') an dem einen Ende des
Hebels (30) befindlich ist sowie das andere Ende des Hebels (30) an einem Stößel (31)
des Hubmagneten (27, 27') angelenkt ist, und daß weiter vorzugsweise der Stößel (31)
an der dem Inkrementring (22) abgewandten Seite des Hubmagneten (27, 27') befindlich
ist, derart daß der gabelartige Hebel (30) den Hubmagneten (27, 27') umgreift.