DE10041935A1 - Drehsteller - Google Patents
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Abstract
Ein Drehsteller mit einer drehbar gelagerten Stellwelle 2 und einer damit verbundenen, manuell betätigbaren Handhabe 3 sowie mit einer Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Haptik beim Drehen der Handhabe 3, wobei diese Einrichtung 5 nach Art einer mechanischen Rastung ausgebildet ist und eine Rastkurve und zumindest ein in die Rastkurve eingreifendes Rastelement 12, 12' umfaßt, ist dadurch bestimmt, daß der Haptikerzeugungseinrichtung 5 eine Aktiviereinrichtung 15, 16 zugeordnet ist, die dergestalt auf die Rastkurve oder das zumindest eine Rastelement 12, 12' wirkend ausgelegt ist, daß durch Ansteuern der Aktiviereinrichtung 15, 16 ein Zusammenwirken zwischen dem zumindest einen Rastelement 12, 12' und der Rastkurve zum Erzeugen der durch die Rastkurve geprägten Haptik bei einer Drehbewegung der Stellwelle 2 zu- bzw. abschaltbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Drehsteller mit einer drehbar gelagerten Stell
welle und einer damit verbundenen, manuell betätigbaren Handhabe so
wie mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Haptik beim Drehen der
Handhabe, wobei diese Einrichtung nach Art einer mechanischen
Rastung ausgebildet ist und eine Rastkurve und zumindest ein in die
Rastkurve eingreifendes Rastelement umfaßt.
Drehsteller werden beispielsweise bei Dateneingabegeräten eingesetzt,
bei denen durch Drehen des Drehstellers und gegebenenfalls durch Drük
ken oder Verschwenken desselben etwa eine Cursorsteuerung in unfier
schiedlichen Menüebenen durchgeführt werden kann. Beispielsweüse
kann ein solcher Drehsteller Teil eines sogenannten Joysticks sein. Ein
solcher Drehsteller ist bekannt aus der DE 197 12 049 A1. Bei diesem
vorbekannten Drehsteller ist getrieblich mit der Stellwelle eine Einrichtung
zum Erzeugen einer Haptik gekoppelt. Bei dieser Einrichtung handelt es
sich um einen Elektromotor, der entsprechend beaufschlagt ein der Dreh
wegung entgegengesetztes Drehmoment auf die Stellwelle ausübt. In Ab
hängigkeit von der Ansteuerung bzw. Aktivierung des Elektromotors so
wohl hinsichtlich der den Elektromotor beaufschlagenden Stromstärke als
auch in Abhängigkeit von der aktuellen Drehwinkelstellung der Stellwelle
können unterschiedliche Haptiken bereitgestellt werden. Der Drehsteller
kann auch ohne eine Ansteuerung des Elektromotors und somit ohne eine
die Drehbewegung prägende Haptik betrieben werden. Es ist daher mög
lich, daß ein und derselbe Drehsteller sowohl ohne als auch mit einer vor
bestimmten Haptik oder auch mit unterschiedlichen Haptiken in Abhängig
keit von dem jeweiligen Modus des Drehstellers betrieben wird. Dies ist
vorteilhaft gegenüber solchen Drehstellern, die zum Erzeugen einer Hap
tik beim Drehen der Handhabe eine Haptikerzeugungseinrichtung nach
Art einer mechanischen Rastung mit einer Rastkurve und zumindest ei
nem in die Rastkurve eingreifenden Rastelement aufweisen. Bei diesen
mechanischen Haptikerzeugungseinrichtungen ist ein Zu- bzw. Abschal
ten der Haptik und insbesondere auch ein Umschalten der Haptik nicht
möglich.
Im Gegensatz zu den mechanischen nach Art einer Rastung ausgebilde
ten Haptikerzeugungseinrichtungen wird jedoch bei dem Drehsteller des
oben genannten Dokumentes als nachteilig empfunden, daß die Nullage
des Drehstellers relativ weich ist und daß infolge des notwendigen Auf
bringens eines Gegenmomentes durch den Elektromotor beim Drehen der
Handhabe ein Regelvibrieren spürbar ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen eingangs ge
nannten gattungsgemäßen Drehsteller mit einer Haptikerzeugungsein
richtung arbeitend nach Art einer mechanischen Rastung dergestalt wei
terzubilden, daß die zu dem oben aufgezeigten vorbekannten Stand dler
Technik genannten Nachteile vermieden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Haptiker
zeugungseinrichtung eine Aktiviereinrichtung zugeordnet ist, die derge
stalt auf die Rastkurve oder das zumindest eine Rastelement wirkend
ausgelegt ist, daß durch Ansteuern der Aktiviereinrichtung ein Zusam
menwirken zwischen dem zumindest einen Rastelement und der Rastkur
ve zum Erzeugen der durch die Rastkurve geprägten Haptik bei einer
Drehbewegung der Stellwelle zu- bzw. abschaltbar ist.
Der erfindungsgemäße Drehsteller geht aus von einem Drehsteller, des
sen Haptikerzeugungseinrichtung nach Art einer mechanischen Rastung
ausgebildet ist, wodurch eine präzise vorbestimmte Haptik beim Drehen
der Stellwelle bereitgestellt ist. Dieser Drehsteller umfaßt ferner eine Alkti
viereinrichtung, zweckmäßigerweise elektromagnetisch betätigbar, die auf
zumindest eines der beiden zur Erzeugung der Haptik mechanisch zu
sammenwirkenden Elemente - Rastkurve bzw. Rastelement - wirkt. Mit
einer Betätigung bzw. Ansteuerung der Aktiviereinrichtung ist das Zu
sammenwirken zwischen Rastkurve und dem zumindest einen Rastehe
ment zu- bzw. abschaltbar. Die Aktiviereinrichtung kann ausgelegt sein,
um beispielsweise auf das zumindest eine Rastelement einzuwirken und
dieses je nach Auslegung der Aktiviereinrichtung bei ihrer Aktivierung in
die Rastkurve eingreifen oder von der Rastkurve abgehoben zu lassen. In
entsprechender Weise kann die Aktiviereinrichtung auch auf die Rastkur
ve bzw. den die Rastkurve tragenden Körper wirkend angeordnet sein.
Bei dieser Ausgestaltung greift das zumindest eine Rastelement unter Fe
dervorspannung stehend in die Rastkurve ein. Die Rastkurve ist zweck
mäßigerweise einem Ringkörper zugeordnet, der konzentrisch die Stell
welle umgibt. Ohne eine Betätigung der Aktiviereinrichtung wird bei einem
Drehen der Stellwelle die Rastkurve entsprechend der Drehbewegung
infolge des in die Rastkurve eingreifenden Rastelementes mitbewegt, so
daß in diesem Modus des Drehstellers keine Haptik spürbar ist. Erst beim
Ansteuern der Aktiviereinrichtung wird der die Rastkurve tragende Körper
gegenüber einer Drehbewegung der Stellwelle festgelegt, so daß an
schließend beim Drehen der Stellwelle das zumindest eine Rastelement
über die Rastkurve zum Erzeugen der gewünschten Haptik geführt wird.
Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, daß beim Umschalten von ei
ner Haptik auf eine weitere Haptik unerwünschte Stellwellenbewegungen
resultierend aus einem gegebenenfalls nicht in eine Vertiefung exakt ein
greifenden Rastelement vermieden sind. Derartige, haptikbedingte Bewe
gungen der Stellwelle sind in manchen Anwendungen unerwünscht.
Der erfindungsgemäße Drehsteller umfaßt somit eine mechanisch zu- und
abschaltbare Haptik.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Haptikerzeu
gungseinrichtung eine oder mehrere weitere Rastkurven sowie zumindest
ein weiteres, in jede Rastkurve eingreifendes Rastelement umfaßt, wobei
weiteren Elementen ebenfalls eine Aktiviereinrichtung zugeordnet ist, um
auch diese Haptiken zu- bzw. abschalten zu können. Diese Rastungen
können konzentrisch zueinander angeordnet oder in unterschiedlichen
Ebenen übereinander liegend vorgesehen sein, so daß ein solcher Dreh
steller unterschiedliche Haptiken aufweisen kann. Dabei kann vorgesehen
sein, daß jede mechanisch bereitgestellte Haptik einzeln oder auch grup
penweise sich überlagernd zugeschaltet sein kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Akti
viereinrichtung auf einen die Rastkurve innenseitig tragenden Ringkörper
wirkt und bei ihrer Aktivierung reibschlüssig den Ringkörper gegenüber
einer Drehbewegung der Stellwelle fixiert. Ebenfalls kann vorgesehen
sein, daß ein solcher Ringkörper beispielsweise durch eine Verzahnung
formschlüssig durch die Aktiviereinrichtung bei ihrer Ansteuerung gegen
über einer Drehbewegung der Stellwelle festgelegt ist.
Zum Herstellen einer reibschlüssigen Verbindung zwischen einem die
Rastkurve tragenden Ringkörper und der Aktiviereinrichtung kann bei
spielsweise ein elektromagnetisch betätigbarer Spannring ausgebildet
nach Art einer Schlauchschelle dienen. Im aktivierten Zustand der Akti
viereinrichtung ist der Ringkörper in dem Spannring fixiert und gegenüber
einer Drehbewegung des zumindest einen in die Rastkurve eingreifenden
Rastelementes festgelegt.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist eine weitere Aktiviereinrichtung
eingesetzt, die jedoch nicht auf einen die Rastkurve tragenden Ringkörper
sondern direkt auf die Stellwelle, zweckmäßigerweise auf einen mit der
Stellwelle verbundenen Bremsflansch wirkt. Durch diese Aktiviereinrich
tung kann eine Drehbewegung der Stellwelle blockiert oder, wenn er
wünscht, das notwendige Drehmoment zum Bewegen der Stellwelle er
höht werden. So läßt sich beispielsweise mit dieser zusätzlichen Akti
viereinrichtung ein haptischer Anschlag verwirklichen. Für den Fall, daß
ein solcher Anschlag höheren Kräften standhalten soll, ist es zweckmäßig,
diese auf die Stellwelle wirkende Aktiviereinrichtung zum Herstellen einer
formschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Elementen auszule
gen. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, einen Drehsteller ohne eine
Haptikerzeugungseinrichtung oder mit einer anders gearteten Haptiker
zeugungseinrichtung allein mit einer unmittelbar auf die Stellwelle wirken
den Aktiviereinrichtung auszurüsten.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter
Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale Darstellung eines Drehstellers nach
Art einer Explosionsdarstellung,
Fig. 2 der Drehdarsteller der Fig. 1 in seinem montierten Zustand
in einer dreidimensionalen Ansicht mit Blickrichtung auf eine
Haptikerzeugungseinrichtung und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Drehsteller der Fig. 2 einge
setzt in einen Joystick.
Ein Drehsteller 1 umfaßt eine drehbar gelagerte Stellwelle 2, an deren
bedienseitigem Ende als Handhabe ein Drehknopf 3 angebracht ist. Die
Stellwelle 2 durchgreift eine Blende 4, so daß die unterhalb des Dreh
knopfes 3 befindlichen Stellwellenabschnitte durch die Blende 4 bedeckt
sind. Der Drehsteller 1 umfaßt ferner eine Haptikerzeugungseinrichtung 5,
zu der bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel zwei
Rastkurvenringe 6, 7, ein mit der Stellwelle 2 verbundener Bremsflansch 8
sowie um 90° versetzt zueinander angeordnete Rasthülsenbaugruppen 9,
10 gehören, die jeweils aus zwei einander gegenüberliegenden und durch
eine Druckfeder 11 sich gegenseitig abstützenden Rastbolzen 12, 12' be
stehen. Die Rastbolzen 12, 12' sind zusammen mit der Druckfeder 11 in
jeweils einer hülsenartigen Aufnahme 13 der Stellwelle 2 angeordnet. Die
Rastkurvenringe 6, 7 sind schwimmend zur Drehbewegung der Stellwelle
2 gelagert. Die Haptikerzeugungseinrichtung 5 umfaßt ferner drei in einer
Spannglocke 14 zusammengefaßte Aktiviereinrichtungen 15, 16, 17. Die
Aktiviereinrichtungen 15, 16, 17 sind aufgebaut nach Art eines Spannrin
ges und elektromagnetisch betätigbar. Eine Aktiviereinrichtung umfaßt
somit einen Spannring 18 - an der Aktiviereinrichtung 15 dargestellt - so
wie einen Elektromagneten 19 zum Betätigen des Spannringes 18. l3ei
einer Betätigung des Elektromagneten 19 ist ein Spannen des Spannrin
ges 18 herbeiführbar. Die übrigen Aktiviereinrichtungen 16, 17 sind Ent
sprechend aufgebaut. Die Aktiviereinrichtungen 15, 16 umgeben mit ihren
Spannringen 18 den Rastkurvenring 6 bzw. 7. Dabei ist vorgesehen, daß
der Innendurchmesser der Spannringe 18 geringfügig größer als der Au
ßendurchmesser der Rastkurvenringe 6, 7 ist. Eine Betätigung des Elek
tromagneten 19 einer Aktiviereinrichtung 15, 16 führt zu einer Festlegung
des jeweiligen Rastkurvenringes 6 bzw. 7, da dieser in dem Spannring 18
reibschlüssig gehalten ist. Die Spannglocke 14 ist mit ihren Aktivierein
richtungen 15, 16, 17 bezüglich einer Drehbewegung der Stellwelle 2
ortsfest angeordnet.
Die Aktiviereinrichtung 17 wirkt mit dem Bremsflansch 8 in entsprechender
Art und Weise zusammen, so daß durch eine Betätigung des Elektroma
gneten dieser Aktiviereinrichtung 17 eine Erhöhung des notwendigen
Drehmomentes zum Ausüben einer Drehbewegung der Stellwelle 2 oder
auch zum Verhindern und Blockieren einer Drehbewegung eingesetzt
werden kann.
Im montierten Zustand des Drehstellers 1 greifen die beiden Rastbolzen
12, 12' jeweils diametral gegenüberliegend in die Rastkurve jeweils eines
Rastkurvenringes 6, 7 ein. Dieses ist aus einer Ansicht von unten in Fig.
2 erkennbar. Bei einem Drehen des Drehstellers 1 ohne eine Betätigung
des Elektromagneten einer Aktiviereinrichtung 15, 16, 17 ist die Stellwelle
2 ohne eine durch die Rastkurvenringe 6, 7 bereitgestellte Haptik drehbar.
Durch das Eingreifen der unter Federvorspannung stehenden Rastbolzen
12, 12' in die Rastkurve eines jeden Rastkurvenringes 6, 7, werden diese
bei einer Drehbewegung der Stellwelle 2 mitbewegt. Bei einer Aktivierung
eines Elektromagneten einer Aktiviereinrichtung, beispielsweise des Elek
tromagneten 19 der Aktiviereinrichtung 15 wird der Spannring 18 ge
schlossen, so daß der von dem Spannring 18 eingeschlossene Rastkur
venring 6 gegenüber einer Drehbewegung der Stellwelle 2 festgelegt ist.
Bei einem Drehen der Stellwelle 2 werden nunmehr die beiden Rastbol
zen 12, 12' in der Rastkurve des Rastkurvenringes 6 bewegt, so daß eine
haptische Drehbewegung entsprechend der in dem Rastkurvenring 6 ent
haltenen Rastkurve erfolgt.
Zur Realisierung eines haptischen Anschlages kann die Aktiviereinrich
tung 17 dergestalt angesteuert werden, daß durch Spannen des Spann
ringes dieser Aktiviereinrichtung 17 eine Drehbewegung der Stellwelle 2
verhindert ist.
Die Aktiviereinrichtungen 15, 16, 17 sind einzeln oder auch gruppenweise
zum Erzeugen unterschiedlicher Haptiken ansteuerbar.
Fig. 3 zeigt den Drehsteller 1 in einem Längsschnitt, wobei bei dieser
Ausgestaltung der Drehsteller 1 Teil eines nicht näher dargestellten Joy
sticks ist. Die Stellwelle 2 und entsprechend auch der Drehknopf 3 sind
zusammen mit der die Aktiviereinrichtungen 15, 16, 17 enthaltenen
Spannglocke 14 verschwenkbar gelagert; Fig. 3 zeigt den Drehsteiler 1
in seiner aus der Nullstellung herausgeschwenkten Stellung.
Die mit einfachen Mitteln zu realisierenden haptischen Möglichkeiten bei
dem Drehsteller 1 erlauben, daß dieser ohne großen Aufwand Teil eines
Joysticks, wie in Fig. 3 gezeigt, sein kann, da nur eine einzige Baugrup
pe - die Spannglocke 14 - mit verschwenkt werden muß. Symbolisiert dar
gestellt ist in Fig. 3 ein Gestänge 20, über welches die Verschwenkbe
wegung der Stellwelle 2 geführt ist.
1
Drehsteller
2
Stellwelle
3
Drehknopf
4
Blende
5
Haptikerzeugungseinrichtung
6
Rastkurvenring
7
Rastkurvenring
8
Bremsflansch
9
Rasthülsenbaugruppe
10
Rasthülsenbaugruppe
11
Druckfeder
12
,
12
' Rastbolzen
13
Aufnahme
14
Spannglocke
15
Aktiviereinrichtung
16
Aktiviereinrichtung
17
Aktiviereinrichtung
18
Spannring
19
Elektromagnet
20
Gestänge
Claims (10)
1. Drehsteller mit einer drehbar gelagerten Stellwelle (2) und einer
damit verbundenen, manuell betätigbaren Handhabe (3) sowie mit
einer Einrichtung (5) zum Erzeugen einer Haptik beim Drehen der
Handhabe (3), wobei diese Einrichtung (5) nach Art einer mechani
schen Rastung ausgebildet ist und eine Rastkurve und zumindest
ein in die Rastkurve eingreifendes Rastelement (12, 12') umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Haptikerzeugungseinrichtung
(5) eine Aktiviereinrichtung (15, 16) zugeordnet ist, die dergestalt
auf die Rastkurve oder das zumindest eine Rastelement (12, 12')
wirkend ausgelegt ist, daß durch Ansteuern der Aktiviereinrichtung
(15, 16) ein Zusammenwirken zwischen dem zumindest einen Ra
stelement (12, 12') und der Rastkurve zum Erzeugen der durch die
Rastkurve geprägten Haptik bei einer Drehbewegung der SteIIwelle
(2) zu- bzw. abschaltbar ist.
2. Drehsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aktiviereinrichtung (15, 16) bei ihrer Aktivierung auf einen die Rast
kurve tragenden, die Stellwelle (2) konzentrisch umgebenden Ring
körper (6, 7) wirkt, in dessen Rastkurve das zumindest eine unter
einer Federvorspannung stehende und mit der Stellwelle (2) ver
bundene Rastelement (12, 12') eingreift, indem der die Rastkurve
tragende Ringkörper (6, 7) durch die Aktiviereinrichtung (15, 16)
gegenüber einer Drehbewegung der Stellwelle (2) festgelegt ist.
3. Drehsteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwi
schen der Aktiviereinrichtung (15, 16) und dem die Rastkurve tra
genden Ringkörper (6, 7) eine reibschlüssige Verbindung bei einer
Aktivierung der Aktiviereinrichtung (15, 16) hergestellt ist.
4. Drehsteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwi
schen der Aktiviereinrichtung und dem die Rastkurve tragenden
Ringkörper eine formschlüssige Verbindung bei einer Aktivierung
der Aktiviereinrichtung hergestellt ist.
5. Drehsteller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als
Aktiviereinrichtung (15, 16) ein den die Rastkurve tragenden Ring
körper (6, 7) konzentrisch umgebender elektromagnetisch betätig
barer Spannring (18) eingesetzt ist, in dem bei aktivierter Akti
viereinrichtung (15, 16) der Ringkörper (6, 7) drehfest gehalten ist.
6. Drehsteller nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Haptikerzeugungseinrichtung zumindest eine
weitere Rastkurve sowie zumindest ein weiteres, in die Rastkurve
eingreifendes Rastelement umfaßt, auf welche Elemente - Rastkur
ve bzw. Rastelement - zu ihrem Zusammenwirken zum Erzeugen
einer Haptik eine weitere Aktiviereinrichtung wirkt.
7. Drehsteller nach Anspruch 6 in seinem Rückbezug auf Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die die Rastkurven tragenden
Ringkörper (6, 7) benachbart in unterschiedlichen Ebenen bezüg
lich der Längserstreckung der Stellwelle (2) angeordnet sind.
8. Drehsteller nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine auf die Stellwelle (2) einwirkende und eine
Drehbewegung beeinflussende Aktiviereinrichtung (17) vorgese
hen ist.
9. Drehsteller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als
auf die Stellwelle (2) einwirkende Aktiviereinrichtung (17) ein elek
tromagnetisch betätigbarer Spannring eingesetzt ist, der konzen
trisch einen mit der Stellwelle (2) verbundenen Bremsflansch (8)
umgibt.
10. Drehsteller nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die eingesetzten Aktiviereinrichtungen (15, 16, 17) in
einer Baugruppe (14) zusammengefaßt sind.
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