DE102009020015B4

DE102009020015B4 - Digitale optische Joystickauswertung in 8 Richtungen

Info

Publication number: DE102009020015B4
Application number: DE102009020015A
Authority: DE
Inventors: Joachim Storath; Stefan Schuberth
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2029-05-06
Also published as: DE102009020015A1

Abstract

Bedienelement (13), aufweisend wenigstens ein Betätigungsteil (1), das in wenigstens 8 Richtungen aus einer zentralen Ruhestellung verschwenkbar gelagert ist, Mittel zur Detektion (4, 5, 9, 10) der Stellung des Betätigungsteils, um einen richtungsabhängigen Schaltvorgang durch einen Bediener durchführen zu können, wobei die Mittel zur Detektion der Stellung des Betätigungsteils wenigstens vier Lichtschranken (4, 5, 9, 10) umfassen, die jeweils zwei beabstandete Lichtleiter (4, 5) umfassen und deren Lichtübergang (6) durch ein synchron mit dem Betätigungsteil (1) bewegtes erstes Abschattungsteil (3) unterbrochen wird, wobei das erste Abschattungsteil (3) durch die Wandung einer im Wesentlichen topfförmig ausgestalten Auskragung (2) am Betätigungsteil (1) ausgebildet wird und das Betätigungselement (1) bis auf eine Anschlagsbegrenzung frei verschwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranken (4, 5, 9, 10) und das erste Abschattungsteil (3) so angeordnet sind, dass in der Ruhestellung des Betätigungsteils (1) der Lichtübergang (6) unterbrochen ist, dass das erste Abschattungsteil...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement, das ein Betätigungsteil aufweist, das in wenigstens 8 Richtungen aus einer zentralen Ruhestellung verschwenkbar gelagert ist, um einen richtungsabhängigen Schaltvorgang durch einen Bediener durchführen zu können. Folglich umfasst das erfindungsgemäße Bedienelement ferner Mittel zur Detektion der Stellung des Betätigungsteils, um den richtungsabhängigen Schaltvorgang durchführen zu können.
Es ist bekannt, Tastschalter zur Detektion der Stellung des Bedienelements vorzusehen. Diese unterliegen dem Nachteil, dass die mechanische Kontaktherstellung dem Verschleiß unterliegt, so dass sich das Schaltverhalten des Bedienelements nachteilig über die Benutzungsdauer ändern oder dieses ganz ausfallen kann. Es ist ferner bekannt, optisch arbeitende Detektionsmittel, wie optische Encoder, vorzusehen, um ein dem Verschwenkmaß proportionales Detektionssignal zu erzeugen, um Regelvorgänge durch den Bediener durchführen zu können. Dieser Aufbau ist vergleichsweise aufwändig und teuer in der Herstellung und macht das Erlernen bzw. Programmieren einer Schaltschwelle erforderlich, um eine „digitale” Schaltfunktion übernehmen zu können.
Die DE 103 42 335 A1 offenbart ein Bedienelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus den DE 102 41 869 A1 , EP 1 750 194 A1 und US 5,065,146 ferner gattungsgemäße Bedienelemente in der Art eines Joystick- oder Cursorschalters bekannt.
Vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bedienelement mit einem Betätigungselement, das in wenigstens acht Richtungen verschwenkt werden kann, bereitzustellen, das zuverlässig seine Funktion erfüllt und einfach und kostengünstig herzustellen ist. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein entsprechend vorteilhaftes Kraftfahrzeug ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Das erfindungsgemäße Bedienelement weist wenigstens ein Betätigungsteil auf, das in wenigstens 8 Richtungen aus einer zentralen Ruhestellung verschwenkbar gelagert ist. Die Erfindung ist hinsichtlich des Betätigungsteils nicht eingeschränkt. Beispielsweise ist es ein Bauteil einer Betätigungsmechanik. Es muss daher nicht zwingend, das Teil sein, das vom Bediener unmittelbar berührt wird, um die händische Bedienung vorzunehmen. Beispielsweise kann ein verschiebbar gelagertes Berührteil vorgesehen sein, dessen translatorische Verschiebebewegung in die Schwenkbewegung des erfindungsgemäßen Betätigungsteils mechanisch umgesetzt wird. In einer anderen Ausgestaltung kann das Betätigungsteil unmittelbar durch den Bediener berührt werden und ist beispielsweise ein Hebel, wie er von einem Joystick bekannt ist. Das erfindungsgemäße Bedienelement ist hinsichtlich der Lagerung des Betätigungsteils nicht eingeschränkt. Beispielsweise kann die Lagerung so ausgestaltet sein, dass die Bewegung auf acht Verschwenkrichtungen beschränkt ist, weil beispielsweise eine Kulisse vorgesehen ist. Bevorzugt ist das Betätigungsteil frei verschwenkbar, wobei eine Anschlagsbegrenzung den maximalen Verschwenkwinkel definiert. Ferner können Mittel zur Rückstellung des Betätigungsteils in die Ruhestellung vorgesehen sein.
Es sind ferner erfindungsgemäß Mittel zur Detektion der Stellung des Betätigungsteils vorgesehen, um einen richtungsabhängigen Schaltvorgang durch einen Bediener durchführen zu können. Anders ausgedrückt, es soll bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwenkstellung in die jeweilige Richtung ein Schaltvorgang ausgelöst werden. Durch die Schaltfunktion also die digitale An-Aus-Funktion bedarf es keiner technischen aufwändigen Auswertung eines der Stellung proportionalen Detektionssignals und dessen Vergleich mit einem Schwellwert. Durch die Reduzierung auf eine „digitale” Schaltfunktion können Bauteile eingespart werden, und der Einfluss durch Bauteiltoleranzen auf das Schaltverhalten des Bedienteils ist verringert. Das Programmieren oder Erlernen einer stellungsabhängigen Schaltschwelle ist bei dem erfindungsgemäßen Bedienelement nicht erforderlich. Erfindungsgemäß können beispielsweise ferner Mittel zur Auswertung der Stellung vorgesehen sein, beispielsweise eine logische Auswerteinheit zur Übermittlung eines der jeweiligen Stellung des Betätigungsteils entsprechenden Schaltsignals oder -Befehls an ein durch das Bedienelement zu steuerndes Gerät.
Das erfindungsgemäße Bedienelement zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel zur Detektion der Stellung des Betätigungsteils wenigstens vier Lichtschranken umfassen, deren Lichtübergang jeweils durch ein synchron mit dem Betätigungsteil bewegtes erstes Abschattungsteil, beispielsweise schiebeblendenartig, unterbrochen wird.
Durch die Verwendung einer Lichtschranke, also der Stellungserkennung auf optischem Wege, ist das erfindungsgemäße Bedienelement Verschleiß unanfällig. Der Begriff „Lichtschranke” ist weit auszulegen. Das Funktionsprinzip einer Lichtschranke besteht darin, die durch das Abschattungsteil hervorgerufene Unterbrechung des Lichtweges mit einem zugehörigen Sensor zu registrieren und in elektrische Schaltsignale umzuwandeln, die zur weiteren Verarbeitung geeignet sind. Es kann sich um eine Ein-Weg-Lichtschranke oder eine Reflexionslichtschranke handeln. Durch Vorsehen von wenigstens vier Lichtschranken können die acht unterschiedlichen Schwenkrichtungen sehr zuverlässig und genau detektiert werden. Im Sinne der Erfindung sind nicht zwingend vier Lichtquellen als Sender vorzusehen, sondern es kommt erfindungsgemäß darauf an, dass unabhängig voneinander an vier Stellen eine stellungsabhängige Lichtunterbrechung detektierbar ist.
Vier Lichtschranken meint nicht, dass zwingend vier Lichtquellen vorzusehen sind. Daher wird das Licht der Lichtschranken in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung von nur einer einzigen Lichtquelle erzeugt und über die vier unterbrechenbare Lichtübergänge der Lichtschranken den vier Sensoren, beispielsweise mittels Lichtleitern, zugeführt.
Erfindungsgemäß sind die Lichtschranken und das erste Abschattungsteil so angeordnet, dass in der Ruhestellung des Betätigungsteils der Lichtübergang unterbrochen ist. Dies kann dazu genutzt werden, dass in der Ruhestellung kein Licht an die das Bedienelement umgebende Umgebung abgegeben wird, um wechselseitige Beeinflussung mehrerer Bedienelemente zu vermeiden.
Bevorzugt ist das Licht der Lichtschranken IR-Licht (Infrarotlicht). D. h. der zugehörige Sensor weist eine auf das Infrarotspektrum des Lichts ausgerichtete Empfindlichkeit auf und der Sender ein entsprechendes im Infrarotbereich liegendes Spektrum auf. Dadurch wird die Lichtschranke vorteilhaft weitgehend unempfindlich gegenüber dem Licht künstlicher oder gar natürlicher Lichtquellen. Dies erlaubt die zu den Lichtschranken benachbarte Anordnung von Lichtquellen, die der Ausleuchtung von Lichtaustrittsflächen am oder in der Nähe des Betätigungsteils dienen, ohne dass es zur Beeinträchtigung der Funktionalität des Bedienelements kommt.
Erfindungsgemäß wird das erste Abschattungsteil durch die Wandung einer im Wesentlichen topfförmig ausgestalten Auskragung des Betätigungsteils ausgebildet. Beispielsweise ist die Wandung vom Bediener weggewandt angeordnet. Durch die topfförmige Auskragung wird ein Licht- und Staubschutz für die Lagerung und/oder die Detektionsmittel bereitgestellt.
Erfindungsgemäß umfasst die Lichtschranke jeweils zwei beabstandete Lichtleiter, einen ersten und zweiten Lichtleiter, wobei der erste Lichtleiter eine Lichtaustrittsfläche und der zweite Lichtleiter eine im Abstand dazu und gegenüberliegend angeordnete Lichteintrittsfläche für den Lichtübergang aufweisen. Das erste Abschattungsteil ist erfindungsgemäß in den Abstand zwischen den Lichtleitern eintauchbar angeordnet, um den Lichtübergang zu unterbrechen. Durch diese Ausgestaltung kann der Sensor und die Lichtquelle vorteilhaft beabstandet zum Betätigungsteil, beispielsweise auf eine Platine aufgebracht werden. Beispielsweise sind Lichtquelle und Sensor als SMD-Bauelemente ausgeführt. Die Lichtleiter bestehen beispielsweise aus einem transparenten oder durchscheinenden Kunststoff, wie Polyacrylat oder Polycarbonat, und sind beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt.
Erfindungsgemäß ist zwischen den Lichtleitern ein ruhendes, zweites Abschattungsteil zur teilweisen Abschirmung der Lichtleiter angeordnet.
Zur Bewirkung einer effektiven Lichtunterbrechung sind das erste und zweite Abschattungsteil erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass wenigstens in einer maximalen Schwenkstellung des Betätigungsteils die Abschattungsteile wenigstens teilweise überlagert angeordnet sind.
Zur Vereinfachung der Herstellung ist das zweite Abschattungsteil ringförmig ausgestaltet. Beispielsweise erstreckt es sich mit seinem Ringumfang durch den Abstand der Lichtleiter jeder Lichtschranke.
Bevorzugt sind die Lichtschranken so angeordnet, dass die zugehörigen Lichtübergänge sich auf vier zueinander orthogonale Richtungen um die Ruhestellung des Betätigungsteils verteilen. Noch bevorzugter sind sie in gleichem Abstand vom durch die Ruhestellung definierten Mittelpunkt angeordnet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Bedienelement in einer der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen. Beispielsweise ist das Bedienelement in einem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs angeordnet.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figur eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigt, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigt schematisch:
1: eine perspektivische Explosionsdarstellung des Betätigungsteils 1 des erfindungsgemäßen Bedienelements 13 in einer bevorzugten Ausführungsform.
1 zeigt in Schnittdarstellung das erfindungsgemäße Bedienelement 13. Es weist ein frei verschwenkbar gelagertes Betätigungsteil 1 auf. Die Lagerung des Betätigungsteils 1 ist schematisch durch die Mechanik 12 angedeutet. Das Betätigungsteil 1 weist eine topfförmige Auskragung 2 auf, die hutartig über der Mechanik 12 angeordnet ist. Die Auskragung 2 weist eine in Umfangsrichtung verlaufende, vom Bediener wegweisende Wandung 3 aus, die als erstes Abschattungsteil 3 für die nachfolgend erläuterten Lichtschranken 4, 5, 9, 10 dient. Es sind vier Lichtschranken 4, 5, 9, 10 vorgesehen, deren Lichtübergangsbereiche 6 auf einem gedachten Kreis um den durch die Ruhestellung des Betätigungsteils 1 definierten Mittelpunkt in gleichmäßigem Abstand verteilt angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Lichtübergänge 6 bzw. der Lichtschranken 4, 5, 9, 10 kann das erfindungsgemäße Bedienelement 13 zuverlässig 8 unterschiedliche Stellungen des Betätigungsteils 1 detektieren. Die Lichtschranken 4, 5, 9, 10 umfassen jeweils eine IR-LED 9 und einen IR-Sensor 10, jeweils in SMD-Bauweise, die auf eine Platine 11 aufgelötet sind. Zur Lichtübertragung in die Höhe des Betätigungsteils 1 bzw. der Auskragung 2 sind jeweils Lichtleiter 4, 5 vorgesehen. Die Lichtleiter 4, 5 sind durch ein ringförmiges zweites Abschattungsteil 7 gegeneinander, abgesehen vom Lichtübergangsbereich 8, abgeschirmt. Durch Eintauchen des ersten Abschattungsteils 3 in den Lichtübergangsbereich 6 wird der Lichtübergang unterbrochen. Durch Verschwenken des Betätigungsteils 1 gelangt das Abschattungsteil 3 aus dem Lichtübergangsbereich 6, es kommt zur Lichtübertragung und zu einem zugehörigen Schaltvorgang bei der zugehörigen Lichtschranke 4, 5, 9, 10. Je nach Verschwenkrichtung des Betätigungsteils 1 kommt es zu einem oder mehreren entsprechenden Schaltvorgängen der vier Lichtschranken 4, 5, 9, 10. Durch Detektion und Auswertung der Anzahl und des Ortes der Schaltvorgänge kann ein der Bewegung des Betätigungsteils 1 entsprechendes Steuersignal für ein durch das Bedienelement 13 zu steuerndes, nicht dargestelltes Gerät durch eine nicht dargestellte Auswerteinheit erzeugt werden. Obwohl die Beschreibung auf Schaltfunktionen und Schaltvorgänge Bezug nimmt, dürfte dem Fachmann klar sein, dass mittels der Schaltfunktion auch Regelungen vorgenommen werden können, indem beispielsweise die Dauer der Aufrechterhaltung der Stellung des Betätigungsteils 1 ausgewertet wird.

Claims

Bedienelement (13), aufweisend wenigstens ein Betätigungsteil (1), das in wenigstens 8 Richtungen aus einer zentralen Ruhestellung verschwenkbar gelagert ist, Mittel zur Detektion (4, 5, 9, 10) der Stellung des Betätigungsteils, um einen richtungsabhängigen Schaltvorgang durch einen Bediener durchführen zu können, wobei die Mittel zur Detektion der Stellung des Betätigungsteils wenigstens vier Lichtschranken (4, 5, 9, 10) umfassen, die jeweils zwei beabstandete Lichtleiter (4, 5) umfassen und deren Lichtübergang (6) durch ein synchron mit dem Betätigungsteil (1) bewegtes erstes Abschattungsteil (3) unterbrochen wird, wobei das erste Abschattungsteil (3) durch die Wandung einer im Wesentlichen topfförmig ausgestalten Auskragung (2) am Betätigungsteil (1) ausgebildet wird und das Betätigungselement (1) bis auf eine Anschlagsbegrenzung frei verschwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranken (4, 5, 9, 10) und das erste Abschattungsteil (3) so angeordnet sind, dass in der Ruhestellung des Betätigungsteils (1) der Lichtübergang (6) unterbrochen ist, dass das erste Abschattungsteil (3) in den Abstand zwischen den Lichtleitern (4, 5) eintauchbar angeordnet ist, dass zwischen den Lichtleitern (4, 5) ein ruhendes, zweites Abschattungsteil (7) zur teilweisen Abschirmung der Lichtleiter (4, 5) angeordnet ist und dass das erste (3) und zweite Abschattungsteil (7) so ausgestaltet sind, dass wenigstens in einer maximalen Schwenkstellung des Betätigungsteils die Abschattungsteile (3, 7) teilweise überlagert angeordnet sind.
Bedienelement (13) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Lichtschranken (4, 5, 9, 10) IR-Licht ist.
Bedienelement (13) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abschattungsteil (7) ringförmig ausgestaltet ist.
Bedienelement (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranken (4, 5, 9, 10) so angeordnet sind, dass die zugehörigen Lichtübergänge (6) auf vier zueinander orthogonale Richtungen um die Ruhestellung des Betätigungsteils (1) verteilt angeordnet sind.
Verwendung des Bedienelements (13) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem Kraftfahrzeug.