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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Drehwähler als Bedienelement, der
insbesondere für eine
Bedienungseinrichtung eines elektronischen Haushaltsgeräts wie beispielsweise
einer Waschmaschine, Spülmaschine
und dergleichen einsetzbar ist.
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Derartige
Drehwähler
dienen als Bedienelement zur Eingabe einer Stellgröße an eine
elektronische Steuerung eines Haushaltsgeräts und weisen ein drehbar gelagertes
Bedienteil und einen Adapter, der mit dem Bedienteil drehfest verbunden
ist und dessen Drehstellung erfassbar oder übertragbar ist, auf. Um ein
definiertes Eingeben der Stellgröße durch
den Benutzer zu ermöglichen,
wird der Drehwähler üblicherweise
in mehreren Drehstellungen verrastet, die gleichmäßig in Umfangsrichtung
verteilt sind.
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Zur
Erzielung der Verrastung des Drehwählers sind aus dem Stand der
Technik verschiedene Ausführungsformen
bekannt. Wie in den beiliegenden 5 und 6 dargestellt,
ist der Adapter des Drehwählers
mit einem Rastabschnitt 40 versehen, dessen Außenumfang
in einer Wellenform mit in Umfangsrichtung regelmäßig angeordneten
und ausgebildeten Erhebungen 41a und Vertiefungen 41b ausgebildet
ist. Im Fall von 5 ist an einer Position des
Umfangs des Rastabschnitts 40 ein Stößel 42 angeordnet,
der durch eine Feder 43 in Richtung zum Rastabschnitt 19 des
Adapters vorgespannt ist, sodass der Stößel 42 bei einer Drehung
des Drehwählers
durch einen Benutzer nacheinander in die Vertiefungen 41b des
Rastabschnitts 40 eingreift. Anstelle des Stößels 42 ist
auch die Verwendung einer federbelasteten Kugel bekannt.
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Bei
der herkömmlichen
Ausführungsform von 6 ist
eine Omegafeder 44 vorgesehen, d. h. ein elastisches Element,
das in der Form eines Omegas (Ω)
gebogen ist und dessen Ausbauchung in die Vertiefungen 41b des
Rastabschnitts 40 eingreift. Als weitere Alternative wird
die Verrastung des Adapters des Drehwählers auch mit einer Blattfeder
realisiert.
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Ausgehend
von dem vorbeschriebenen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung einen Drehwähler der eingangs genannten
Art mit einem verbesserten Rastverhalten zu entwickeln.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Drehwähler
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der
Drehwähler
als Bedienelement zur Eingabe einer Stellgröße an eine elektronische Steuerung
weist ein drehbar gelagertes Bedienteil und einen Adapter, der mit
dem Bedienteil drehfest verbunden ist und dessen Drehstellung erfassbar
oder übertragbar
ist, auf und ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass der Adapter einen Rastabschnitt mit einer vorbestimmten
Anzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig angeordneten und ausgebildeten Seitenflächen aufweist;
dass koaxial zum Rastabschnitt des Adapters ein ortsfestes Federelement vorgesehen
ist, das eine vorbestimmte Anzahl von elastischen Stegen aufweist,
die in Umfangsrichtung des Rastabschnitts gleichmäßig angeordnet
und ausgebildet sind und tangential zu den Seitenflächen des
Rastabschnitts verlaufen; und dass die Anzahl der Seitenflächen des
Rastabschnitts ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der elastischen
Stege des Federelements beträgt.
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Bei
dem Drehwähler
der vorliegenden Erfindung wird die Verrastung mittels eines Rastabschnitts
mit mehreren Seitenflächen
am Adapter und eines Federelements mit mehreren elastischen Stegen
realisiert, indem beim Drehen des Bedienelements durch einen Benutzer
nacheinander ein Teil der Seitenflächen des Rastabschnitts mit
den elastischen Stegen des Federelements in deren Ausgangsstellung
in Flächenkontakt
kommt. Bei diesem Aufbau wirken die Federkräfte der elastischen Stege im
Gegensatz zu den eingangs beschriebenen Konstruktionen eines herkömmlichen
Drehwählers
von mehreren Seiten auf die Achse des Drehwählers, sodass ein angenehmeres
Rastverhalten des Drehwählers
für den
Benutzer erzielt wird. Aufgrund der gleichmäßigen Krafteinwirkung über den
Umfang des Rastabschnitts des Adapters des Drehwählers wird zudem die Positionsgenauigkeit
des Drehwählers über seine
gesamte Einsatzzeit beibehalten und der Verschleiß wird vermindert.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement
aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Da das Federelement aus
einem Kunststoffmaterial gefertigt ist, können die Rastgeräusche verringert
werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement
mit einem Gehäuse
der elektronischen Steuerung einstückig ausgebildet, beispielsweise
an dieses angespritzt. Bei dieser Konstruktion können die Anzahl der einzelnen Bauteile
und damit der Montageaufwand reduziert werden.
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Die
vorbestimmte Anzahl der elastischen Stege des Federelements beträgt vorzugsweise
drei (Deltafeder), vier (Rhombusfeder) oder fünf (Pentagonfeder).
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Weiter
können
die elastischen Stege des Federelements vorzugsweise über einen
einstückig
mit diesen ausgebildeten Verbindungsring miteinander verbunden sein
und/oder jeweils an ihren beiden Enden beidseitig abgestützt sein.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Drehstellung des Adapters
von einem Sensor der elektronischen Steuerung kontaktlos (z. B.
magnetischer Sensor) oder kontaktierend erfassbar. Alternativ ist
die Drehung des Adapters auf einen Stellantrieb (z. B. Potentiometer)
der elektronischen Steuerung übertragbar.
Im letztgenannten Fall kann der Adapter mit einem Zahnrad ausgebildet
ist und das Federelement kann mit einer Lagerstelle für ein Getriebe
des Stellantriebs der elektronischen Steuerung ausgebildet sein,
das mit dem Zahnrad des Adapters in Eingriff steht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Bedienteil des
Drehwählers
ein koaxial zum Bedienteil angeordneter Blendeneinsatz als Informationsträger zugeordnet,
auf dem zum Beispiel Informationen über die Funktion des Drehwählers und/oder über die
den Drehstellungen des Drehwählers
zugewiesenen Stellgrößen für den Benutzer
angebracht sind.
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In
einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das Bedienteil
und der Adapter des Drehwählers
hohlzylinderförmig
ausgebildet, sodass in dem Hohlzylinder des Drehwählers eine
Drucktaste als Bedienelement zur Eingabe einer weiteren Stellgröße an die
elektronische Steuerung angeordnet werden kann.
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Der
Drehwähler
der Erfindung kann in vorteilhafter Weise in einer Bedienungseinrichtung
eines elektronischen Haushaltsgeräts wie beispielsweise einer
Waschmaschine, eines Wäschetrockners,
einer Spülmaschine,
eines Mikrowellenherdes, eines Kochherdes und dergleichen eingesetzt
werden.
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Obige
sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender
Ausführungsbeispiele
unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
Darin zeigen:
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1A und 1B in
perspektivischer Darstellung eine Schnittansicht bzw. eine Ansicht
von unten eines Drehwählers
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung von wesentlichen Elementen des Drehwählers zur
Erläuterung
von Konstruktionsparametern;
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3 Darstellungen
von Alternativen für
das Federelement der Drehwähler
von 1;
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4A und 4B in
perspektivischer Darstellung eine Schnittansicht bzw. eine Teilansicht
von oben eines Drehwählers
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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5 und 6 schematische
Darstellungen zur Erläuterung
der Verrastung von herkömmlichen
Drehwählern.
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Anhand
von 1A und 1B wird
nun zunächst
ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Drehwählers
näher erläutert.
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Der
Drehwähler
des Ausführungsbeispiels wird
beispielsweise als ein Bedienelement innerhalb einer Bedienblende 10 eines
elektronischen Haushaltsgeräts,
wie zum Beispiel einer Waschmaschine, eines Wäschetrockners, einer Spülmaschine,
eines Mikrowellenherdes, eines Kochherdes und dergleichen eingesetzt,
ohne auf diese Anwendungen beschränkt zu sein. Hinter der Bedienblende 10 befindet
sich ein Gehäuse 12 zur
Aufnahme einer elektronischen Steuerung des elektronischen Haushaltsgeräts einschließlich einer
Platine 14 mit entsprechenden Bauteilen.
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Die
Hauptbestandteile des Drehwählers
sind ein Bedienteil 16, das durch eine Ausnehmung in der Bedienblende 10 aus
dieser herausragt und drehbar gelagert ist, ein Adapter 18,
der drehfest mit der Bedienblende 16 verbunden ist, sowie
ein Federelement 22. Die Drehstellung des Bedienteils 16 bzw. des
Adapters 18 kann beispielsweise über einen Drehsteilungssensor 29 (z.
B. magnetischer Sensor mit Hall-Elementen) erfasst und von der elektronischen
Steuerung ausgewertet werden, um die vom Benutzer gewünschte Stellgröße umzusetzen.
Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht auf diese Art der
Erfassung der Drehstellung des Drehwählers beschränkt und
kann alternativ auch so ausgebildet sein, dass die Drehung des Adapters 18 auf
einen Stellantrieb der elektronischen Steuerung übertragbar ist (siehe später beschriebenes
zweites Ausführungsbeispiel).
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Der
Adapter 18 des Drehwählers
ist in seinem unteren Endbereich mit einem Rastabschnitt 19 ausgebildet,
der mit einer vorbestimmten Anzahl (sechs in diesem Ausführungsbeispiel)
von in Umfangsrichtung gleichmäßig angeordneten
und ausgebildeten Seitenflächen 20 versehen
ist (siehe 1B). Die Seitenflächen 20 sind
dabei im Wesentlichen flach und geradlinig ausgebildet. Der Adapter 18 mit
seinem Rastabschnitt 19 wird gemeinsam mit dem Bedienteil 16 gedreht
(Pfeil a), da die beiden Elemente drehfest miteinander verbunden
sind (z. B. Steckverbindung).
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Das
Federelement 22, das ortsfest angeordnet ist und bei einer
entsprechenden Materialauswahl vorteilhafterweise an dem Gehäuse 12 angespritzt
sein kann, sodass die Anzahl der Bauteile und damit auch der Montageaufwand
reduziert werden, ist koaxial zu dem Adapter 18 des Drehwählers angeordnet.
Das Federelement 22 weist eine vorbestimmte Anzahl (drei
in diesem Ausführungsbeispiel)
von elastischen Stegen 24 auf, die in Umfangsrichtung des
Rastabschnitts 19 gleichmäßig angeordnet und ausgebildet
sind. Die elastischen Stege 24 sind im Wesentlichen geradlinig
ausgebildet und verlaufen tangential zu den Seitenflächen 20 des
Rastabschnitts 19, sodass die elastischen Stege 24 des
Federelements 22 mit den Seitenflächen 20 des Rastabschnitts 19 des
Adapters 18 in Flächenkontakt kommen
können,
wie in der Drehstellung von 1B angedeutet.
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Die
Anzahl der Seitenflächen 20 des
Rastabschnitts 19 ist dabei ein ganzzahliges Vielfaches
der Anzahl der elastischen Stege 24 des Federelements 2.
Auf diese Weise kommt beim Drehen des Bedienelements 16 durch
einen Benutzer nacheinander immer ein Teil (jeweils drei in diesem
Ausführungsbeispiel)
der Seitenflächen 20 des
Rastabschnitts 19 mit den elastischen Stegen 24 des
Federelements 22 in deren Ausgangsstellung in Flächenkontakt,
sodass der Drehwähler
in dieser Drehstellung verrastet.
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Im
Gegensatz zu den Eingangs beschriebenen herkömmlichen Drehwählern wirken
bei dieser Konstruktion des Drehwählers die von den elastischen
Stegen 24 des Federelements 22 ausgeübten Federkräfte von
mehreren Seiten (drei in diesem Ausführungsbeispiel) auf die Achse
des Drehwählers.
Auf diese Weise wird ein angenehmeres Rastverhalten des Drehwählers für den Benutzer
erzielt und aufgrund der gleichmäßigeren
Krafteinwirkung über
den Umfang des Rastabschnitts 19 des Adapters 18 wird
zudem die Positionsgenauigkeit des Drehwählers über seine gesamte Einsatzzeit
beibehalten und der Verschleiß vermindert.
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Wie
in 1B und 2 dargestellt, sind die elastischen
Stege 24 des Federelements 22 vorzugsweise über einen
Verbindungsring 25 miteinander verbunden, der einstückig mit
den elastischen Stegen und aus dem gleichen Material wie diese ausgebildet
ist. Vorzugsweise ist das Federelement 22 ein einstückiges Bauelement.
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Außerdem sind,
wie in 1B dargestellt, an dem Gehäuse 12 Stützen 26 ausgebildet,
die die elastischen Stege 24 des Federelements 22 jeweils an
deren beiden Enden beidseitig abstützen. Hierdurch wird die Stabilität des Federelements 22 erhöht und die
Rückstellung
der elastischen Stege 24 in ihre Ausgangsstellung gefördert.
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Das
Federelement 22 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial
(z. B. POM) ausgebildet, sodass die Rastgeräusche des Drehwählers gedämpft werden.
Ferner können
die folgenden Materialien eingesetzt werden: für das Bedienteil 16 und den
Blendeneinsatz 28 beispielsweise ABS-Kunststoff, für den Adapter 18 beispielsweise
PET oder PA und für
das Gehäuse 12 beispielsweise
PC + ABS – FR.
Die vorliegende Erfindung ist aber selbstverständlich nicht auf die hier angegebenen
Materialien beschränkt.
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Der
so aufgebaute Drehwähler
bietet dem Benutzer ein angenehmeres Rastverhalten als die bisherigen
Lösungen
des Standes der Technik. Außerdem
können
die Rast geräusche
gedämpft
werden, wenn das Federelement 22 aus einem geeigneten Kunststoff
gebildet ist. Ferner werden, wie beschrieben, die Zuverlässigkeit
und die Haltbarkeit des Drehwählers
verbessert.
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Unter
Bezug auf 2 werden verschiedene Konstruktionsparameter
des in 1A und 1B dargestellten
Drehwählers
näher beschrieben.
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Der
Durchmesser d des Rastabschnitts 19 des Adapters 18 beträgt beispielsweise 25, 80 mm. Dabei
bemisst sich der Durchmesser d bezüglich der Hüllkurve an die Außenkanten
des Adapters 18 zwischen den einzelnen Seitenflächen 20.
Die freie Länge
l der drei elastischen Stegelemente 24 beträgt zum Beispiel
30,0 mm und die Dicke h der elastischen Stege 24 beträgt zum Beispiel
1,6 mm. Der maximale Abstand zwischen den Seitenflächen 20 des
Rastabschnitts 19 und der genannten Hüllkurve beträgt 0,80
mm, wobei dieser Abstand gleichzeitig die Auslenkung s der elastischen
Stege 24 bei einer Drehung des Bedienelements 16 und
des Adapters 19 bedeutet.
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Für die beidseitig
eingespannte Biegefeder, die durch die elastischen Stege 24 gebildet
wird, mit einer einfachen Belastung in der Mitte ergibt sich für die maximale
Dehnung ε: ε = σmax/E0 = 69 N/mm2/2800
N/mm2 = 0,02464 (1)mit:
- σmax
- = maximale Biegespannung
(z. B. 69 N/mm2 für POM)
- E0
- = Biege-Elastizitätsmodul
(z. B. 2800 N/mm2 für POM).
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Daraus
ergibt sich unter der Annahme eines rechteckigen Querschnitts der
elastischen Stege 24 für
die zulässige
Auslenkung szul, d. h. den Federweg der
elastischen Stege 24: szul = (l2/12 h) × ε = [(30 mm)2/12 × 1,6
mm] × 0,02464 =
1,2 mm (2)
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Wie
oben beschrieben, werden die elastischen Stege 24 bei einer
Drehung des Adapters 18 um 0,8 mm nach außen gebogen, sodass sich bei
einer angenommenen Vorspannung von 0,1 mm für die elastischen Stege 24 eine
tatsächlich
maximale Auslenkung von 0,9 mm ergibt. Da dieser Wert kleiner als der
oben berechnete Wert von szul = 1,2 mm ist,
ist keine Werkstoffschädigung
zu erwarten und die elastischen Stege 24 des Federelements 22 nehmen
einige Zeit nach Entlastung wieder die unverformte Lage ein.
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In
dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel bietet der Drehwähler mit
dem Federelement 22 mit drei elastischen Stegen 24 (Deltafeder) insgesamt
sechs verrastete Drehstellungen entsprechend der Anzahl der Seitenflächen 20 des
Rastabschnitts 19. Je nach Anwendungsfall können jedoch auch
andere Anzahlen von möglichen
verrasteten Drehstellungen des Drehwählers bereitgestellt werden.
Wie in 3 dargestellt, ist das Federelement dementsprechend
mit vier (Rhombusfeder), fünf (Pentagonfeder)
oder mehr elastischen Stegen 24 ausgebildet, die über den
Verbindungsring 25 miteinander verbunden sind. Es ist dabei
nur zu beachten, dass die Anzahl der Seitenflächen 20 des Rastabschnitts 19 immer
ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der elastischen Stege 24 des
Federelements 22 sein muss.
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Wie
in 1A angedeutet, ist der Drehwähler ferner mit einem Blendeneinsatz 28 versehen,
der koaxial zum Bedienteil 16 in der Bedienblende 10 angeordnet
ist und als ein Informationsträger
dient. Zum Beispiel enthält
der Blendeneinsatz 28 Informationen für den Benutzer betreffend die
Funktionalität
des Drehwählers
(Programmwahl, Leistungswahl, etc.) und/oder die den einzelnen Drehstellungen
entsprechenden Stellgrößen (z.
B. Waschprogramm, Leistungsstufe, etc.) für die elektronische Steuerung.
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Ferner
ist in 1A und 1B zu
erkennen, dass das Bedienteil 16 und der Adapter 18 hohlzylindrisch
ausgebildet sind. Bei dieser Konstruktion besteht die Möglichkeit,
den Drehwähler
in vorteilhafter Weise mit einer Drucktaste zu kombinieren. In diesem
Fall ist koaxial und mittig zum Bedienelement 16 des Drehwählers ein
Bedienteil 30 der Drucktaste angeordnet und koaxial und
mittig zum Adapter 18 des Drehwählers ist ein Adapter 32 der
Drucktaste angeordnet. Die Drucktaste wirkt auf einen entsprechenden
Schalter 39 (siehe 4A), der
auf der Platine 14 angeordnet ist.
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Das
Bedienteil 30 der Drucktaste kann zum Beispiel aus ABS-Kunststoff
gefertigt sein, während der
Adapter 32 der Drucktaste zum Beispiel aus POM geformt
ist.
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Bezug
nehmend auf 4A und 4B wird
nachfolgend ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Drehwählers
näher beschrieben.
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Der
Drehwähler
des zweiten Ausführungsbeispiels
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in der Art und
Weise der Erfassung bzw. Übertragung
der Drehung des Bedienteils 16 auf die elektronische Steuerung.
Anstelle des Drehstellungssensors 29 ist in diesem Fall
ein Potentiometer 37 als ein möglicher Stellantrieb auf der
Platine 14 vorgesehen. Der Adapter 18 des Drehwählers ist zu
diesem Zweck an seinem unteren Ende mit einem Zahnrad 34 ausgebildet,
das mit einem Getriebe 36 zum Antrieb des Potentiometers 37 in
Eingriff steht. Das Getriebe 36 ist dabei in vorteilhafter
Weise über eine
Lagerstelle 38 gelagert, die integral an dem Federelement 22 vorgesehen
ist. Wie insbesondere in 4B zu
erkennen, ist hierzu der Verbindungsring 25 des Federelements 22 auf
der dem Potentiometer 37 zugewandten Seite verlängert.
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Die übrigen Elemente
und deren Funktionsweisen entsprechen jenen des obigen ersten Ausführungsbeispiels
und deshalb wird auf eine Erläuterung derselben
verzichtet.
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- 10
- Bedienblende
- 12
- Gehäuse
- 14
- Platine
- 16
- Bedienteil
des Drehwählers
- 18
- Adapter
des Drehwählers
- 19
- Rastabschnitt
des Adapters
- 20
- Seitenflächen des
Rastabschnitts
- 22
- Federelement
- 24
- elastische
Stege des Federelements
- 25
- Verbindungsring
des Federelements
- 26
- Stützen der
elastischen Stege
- 28
- Blendeneinsatz
- 29
- Drehstellungssensor
(z. B. magnetischer Sensor)
- 30
- Bedienteil
der Drucktaste
- 32
- Adapter
der Drucktaste
- 34
- Zahnrad
des Adapters
- 36
- Getriebe
- 37
- Stellantrieb
(z. B. Potentiometer)
- 38
- Lagerstelle
des Getriebes
- 39
- Schalter
- 40
- Rastabschnitt
des herkömmlichen
Adapters
- 41a
- Erhebungen
- 41b
- Vertiefungen
- 42
- Stößel
- 43
- Feder
- 44
- Omegafeder