DE69212661T2 - Steuergerät in Form einer Maus - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Steuerelement, insbesondere dazu bestimmt, einer Kursorvisualisierungseinheit zugeordnet zu werden, beispielsweise zum Steuern der Positionierung eines Kursors auf dem Bildschirm eines Monitors eines Informationssystems. Ein Steuerelement dieses Typs wird üblicherweise mit seiner englischen Bezeichnung "mouse" versehen oder durch Übersetzung in das Französische dieser Bezeichnung, mit "souris".
• Man kennt bereits Steuerelemente dieses Typs, die eine feste oder mobile Maus bilden. Ein solches eine Maus bildende festes Element wird beispielsweise von der Firma "Logitech" unter der eingetragenen Marke "Trackmann" verkauft. Dieses Steuerelement umfaßt ein Gehäuse und eine bewegliche Kugel, die über das Äußere des Gehäuses hinausragt, um von der Hand eines Benutzers betätigt zu werden.
• Bei dieser Konstruktion ruht die Kugel auf drei Lagern, die in Winkelrichtung zueinander versetzt sind und Kontaktstücke aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten, hier aus Korund, umfassen.
• Diese Kontaktstücke haben die Form von sphärischen Kalotten mit einer ebenen Basisfläche, mit der sie jeweils in eine Ausnehmung geklebt sind, die für diesen Zweck in jedem Lager vorgesehen ist derart, daß die Gipfel der Kalotten aus den Lagern herausragen.
• Die Konstruktion dieses Steuerelementes ist nicht voll befriedigend.
• Ein erster Nachteil besteht nämlich darin, daß das Verkleben der Kontaktstücke in Form von Kalotten schwierig in automatischer Weise realisiert werden kann wegen der geringen Abmessungen der in Rede stehenden Bauteile (etwa 2,5 mm). Dieses Verkleben muß demgemäß manuell durchgeführt werden, was auf diese Weise die Herstellungskosten erhöht.
• Ein zweiter Nachteil ergibt sich im übrigen aus der Tatsache, daß es beim Verkleben schwierig ist, eine Reproduzierbarkeit des Abstandes zwischen dem Boden der Ausnehmung, die die Kalotte aufnimmt, und deren Gipfel bei dem Verkleben sicherzustellen, der in Kontakt mit der Kugel gelangt, da die manuelle Verklebung es nicht ermöglicht, einen Klebstoffilm konstanter Dicke zwischen der Basis der Kalotte und dem Boden der Ausnehmung aufrechtzuerhalten. Daraus ergibt sich, daß die Kugel schlecht positioniert wird und daß das Risiko besteht, daß sie direkt auf einem der Lager reibt, welches nicht dafür ausgebildet ist, um in direkten Kontakt mit ihr zu treten. Dieser Fehler führt zu einem vorzeitigen Verschleiß der Kugel und auf lange Sicht zu einer gestörten Funktion des Steuerelementes.
• Darüberhinaus hat man feststellen können, daß allein die Reibung der Kugel auf den Kontaktstücken selbst bei normaler Funktion zu einem schnellen Verschleiß der Kugel führt, was ihren Austausch in regelmäßigen Zeitintervallen voraussetzt.
• Bekannt sind gleichermaßen, insbesondere aus den Dokumenten DE 3 320 057, GB 2 154 306, US 4 562 347 und EP-A-0 265 534, Steuervorrichtungen gleichen Typs wie die oben beschriebene, bei denen die Kugel von Lagern abgestützt wird, die die Form von Stützrollen haben.
• Demgemäß hat die Erfindung zum Ziel, diese Nachteile zu beseitigen, indem ein Steuerelement geschaffen wird, bei dem die Kontaktstücke automatisch in ihren jeweiligen Lagern montierbar sind, und dies in reproduzierbarer Weise, was über die Zeit demgemäß eine gute Positionierung der Kugel sicherstellt und infolgedessen ein korrektes Funktionieren des Steuerelementes.
• Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein eine Maus bildendes Steuerelement zum Gegenstand, wie es durch den Patentanspruch 1 definiert ist.
• Die Rollreibung der Kugel auf den Kontaktstücken verringert erheblich den Verschleiß der Kugel, die im allgemeinen aus einem weniger harten Material hergestellt wird als die Kontaktstücke, und erhöht auf diese Weise die Verläßlichkeit und die Lebensdauer des Steuerelements.
• Im einzelnen wird jedes Kügelchen in eine Ausnehmung eingetrieben, die in einem der Lager eingearbeitet ist.
• Auf diese Weise können die Kontaktstücke in Form von Kügelchen leicht automatisch mittels Maschinen derart plaziert werden, daß die Herstellungszeit verringert wird und die Reproduzierbarkeit der Fabrikation gesteigert wird.
• Die Erfindung ist besser verständlich nach Lektüre der detaillierten folgenden Beschreibung, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, welche nur als Beispiele zu verstehen sind, und bei denen:
• - die Figur 1 eine teilweise als Explosionsdarstellung wiedergegebene perspektivische Ansicht eines Steuerelementes gemäß der Erfindung ist;
• - die Figur 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Lagers zeigt, das zum Bestücken des Steuerelementes gemäß der Erfindung bestimmt ist;
• - die Figur 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III der Figur 2 ist; und
• - die Figur 4 eine Draufsicht auf eine Kugel des Steuerelementes der Figur 1 ist, wobei diese Kugel auf drei Lagern ruht und mit elektronischen Mitteln zum Umsetzen der Bewegung der Kugel in ein elektrisches Signal zusammenwirkt.
• In der Figur 1 ist ein Steuerelement gemäß der Erfindung insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 markiert gezeigt.
• Dieses Steuerelement 1 ist dazu bestimmt, einer Kursorvisualisierungseinheit zugeordnet zu werden, die nicht dargestellt ist, und wird mit dem englischen Ausdruck "mouse" oder dem französischen "souris" bezeichnet.
• In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Steuerelement 1 fest auf der Arbeitsfläche T gehalten, wie einem Tisch oder dergleichen.
• Das Steuerelement 1 umfaßt ein Gehäuse 2 in im wesentlichen parallel epipedischer Form, indem eine bewegliche Kugel 4 untergebracht ist, die über das Äußere des Gehäuses 1 hinausragt, um direkt von dem Benutzer betätigt zu werden, der nicht dargestellt ist. Das Steuerelement 1 umfaßt darüberhinaus eine Stützanordnung 6, die für die Aufnahme der beweglichen Kugel 4 ausgebildet ist.
• Die Stützeinrichtung 6 umfaßt in diesem Beispiel drei Lager 8, die sich ausgehend von einer Basis 9 aus einem kunststoffgespritztem Material erstrecken. Diese Lager 8, die in Einzelheiten in Figuren 2 und 3 dargestellt sind, sind in Winkelrichtung zueinander versetzt. In diesem Beispiel sind die Lager 8 um 120º um die bewegliche Kugel 4 herum versetzt.
• Das Gehäuse 2 umfaßt darüberhinaus Steuertasten 10, die beispielsweise dazu bestimmt sind, ein Gültigkeitssignal eines Befehles zu liefern, der auf einem Bildschirm durch einen Kursor angezeigt ist, der von der beweglichen Kugel 4 gesteuert wird (nicht dargestellt).
• Das Gehäuse 2 ist mit einer Visualisierungsbaugruppe, nicht dargestellt, über ein Verbindungskabel 12 verbunden.
• Es ist zu präzisieren, daß in Figur 1 andere funktionelle Elemente des Gehäuses 2 absichtlich weggelassen worden sind aus Gründen der Klarheit der Zeichnungen. Bestimmte solcher Elemente sind schematisch durch die Funktionsblöcke der Figur 4 wiedergegeben.
• Wie man in dieser Figur erkennt, ruht die bewegliche Kugel 4, die von oben da gesehen ist, auf den Lagern 8 der Stützeinrichtung 6 (Figur 1). Die bewegliche Kugel 4 wirkt mit Sensormitteln 14 zusammen, die gegenüber der Verlagerung der beweglichen Kugel 4 empfindlich sind und in der Lage sind, einen elektronischen Verarbeitungsschaltkreis 16 mit Signalen zu versorgen, welche die Bewegung der Kugel repräsentieren
• Die Sensormittel 14 wie auch der Verarbeitungsschaltkreis 16 bilden Mittel, welche die Bewegung der beweglichen Kugel 4 in ein elektrisches Signal S umsetzen können, das für die Visualisierungsbaugruppe (nicht dargestellt) auswertbar ist.
• Indem nun besonders auf Figuren 2 und 3 eingegangen wird, sind in diesen mit größeren Einzelheiten die Lager 8 aus Figuren 1 und 4 wiedergegeben.
• Jedes Lager 8 umfaßt ein Paar von auskragenden Einschnapporganen 18, die dazu bestimmt sind, in Einschnappausnehmungen 20 einzugreifen, die mit der Basis 9 der Stützeinrichtung 6 verbunden sind.
• Auf diese Weise wird jedes Lager 8 fest in seiner Position auf der Stützeinrichtung 6 gehalten.
• Die auskragenden Einschnapporgane 18 werden von zwei Zapfen gebildet, die seitlich von zwei einander abgekehrten Seiten 19 des Lagers 8 abstehen, um sich elastisch in den Wandungen 20 zu verschnappen, die sich ausgehend von der Basis 9 der Stützeinrichtung 6 erstrecken. Die vorkragenden Einschnapporgane 18 und die Ausnehmungseinschnapporgane 20 werden hier nicht in größeren Einzelheiten beschrieben, da ihre Realisierung dem Fachmann bekannt ist.
• Im übrigen umfaßt jedes Lager 8 ein Kontaktstück 22, das aus einem Material geringem Reibungskoeffizienten hergestellt ist und auf dem die bewegliche Kugel 4 ruht, welche in den Figuren 2 dargestellt ist. Jedes Kontaktstück 22 wird von einem Kügelchen gebildet, das frei drehbeweglich in einer Ausnehmung 24 montiert ist, die in eine obere Partie des Lagers 8 eingearbeitet ist.
• Man erkennt, daß auf diese Weise die bewegliche Kugel 4 mit jedem Kontaktstück 22 über eine rollende Reibung zusammenwirkt, was auf diese Weise in erheblichem Maße den Verschleiß der beweglichen Kugel 4 verringert.
• Jedes Kügelchen 22, das ein Kontaktstück bildet, ist in die Ausnehmung 24 eingetrieben. Genauer gesagt, umfaßt jedes Lager 8 elastische Schnappmittel 26, die in der Lage sind, jedes Kügelchen 22 in seiner entsprechenden Ausnehmung 24 zu halten. Die Schnappmittel 26 umfassen einen rückspringenden Rand, der sich mindestens teilweise an der Peripherie der Ausnehmung 24 erstreckt. Es ist hier zu präzisieren, daß die Ausnehmung 24 derart ausgebildet ist, daß das Kügelchen 22, wenn es einmal in seine Ausnehmung 24 eingeschnappt ist, aus der Ausnehmung 24 über das Äußere des Lagers 8 hinausragt. Der rückspringende Rand 26, der die Einschnappmittel bildet, wird von einer durchgehenden Lippe, die sich an der Peripherie der Öffnung 25 der Ausnehmung 24 erstreckt, gebildet. Die Abmessungen der Öffnung 25 sind deutlich kleiner als der Durchmesser des Kügelchens 22, und die Lippe 26 weist hinreichende elastische Deformationseigenschaften auf, um sich beim Eintreiben des Kügelchens 22 zu deformieren und wieder ihre Ausgangsform anzunehmen, um das Kügelchen 22 nach dem Eintreiben in Position zu halten.
• Zu diesem Zweck wird das Lager 8 aus einem Material hergestellt, das elastische Deformationscharakteristiken aufweist, die größer sind als jene des Kügelchens, und vorzugsweise wird jedes Lager 8 aus einem Material wie Polyoximethylen hergestellt, das oft durch seine Anfangsbuchstaben POM bezeichnet wird, während die Kügelchen aus Korund hergestellt sind.
• Wenn man die Gesamtheit der drei Kügelchen 22 betrachtet, so definieren diese eine geometrische Ebene, symbolisiert durch die Linie P in Figur 2, und man erkennt, daß die Ausnehmungen 24 in eine ebene Oberfläche der Lager 8 eingearbeitet sind, welche um einen Winkel A geneigt ist, der zwischen 60 und 75º liegt, und zwar relativ zu der geometrischen Ebene P. Man erkennt außerdem, daß die Umlaufachse L jeder Ausnehmung einen Winkel B mit dieser geometrischen Ebene P bildet, der zwischen 10 und 30º liegt.
• Vorzugsweise, und wie in dem beschriebenen Beispiel dargestellt, ist der Winkel A im wesentlichen gleich 69º und der Winkel B im wesentlichen gleich 19º.
• Man hat nämlich infolge verschiedener Versuche festgestellt, daß die Wahl dieser beiden Winkel A, B einen interessanten Kompromiß unter dem Gesichtspunkt der Funktion des Steuerelementes und insbesondere bezüglich der Beweglichkeit der Kugel auf den Lagern bildet.
• Es ist zu präzisieren, daß in einer anderen Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, die bewegliche Kugel 4 wie auch die Stützeinrichtung 6 in ein Tastenfeld eines Informationssystems integriert sind, was hier nicht dargestellt ist.
• In noch einer anderen Ausführungsform, nicht dargestellt, kann diese Gestaltung in eine bewegliche Maus integriert werden, wobei die Kugel indirekt durch den Benutzer bewegt wird über das Gehäuse, das auf einer Arbeitsfläche ruht.
• Die Ausbildung des Steuerelementes gemäß der Erfindung ermöglicht die Automatisierung des Plazierens der Kontaktstücke 22 im Inneren der entsprechenden Lager 8 und ermöglicht infolgedessen die Bereitstellung von Steuerelementen, bei denen die Distanz D, um welche das Kügelchen 22 aus jedem Lager herausragt, konstant ist, so daß die bewegliche Kugel 4 der Steuerelemente gemäß der Erfindung perfekt im Inneren des Gehäuses 2 positioniert wird und keinen vorzeitigen Verschleiß der Kugel hervorruft und auch kein Risiko besteht, daß sie an einem der Lager 8 reibt.

Claims (12)

1. Ein eine Maus bildendes Steuerelement, bestimmt zur Zuordnung zu einer Kursorvisualisierungseinheit, umfassend

- ein Gehäuse (2);

- eine bewegliche Kugel (4), die aus dem Gehäuse (2) nach außen ragt, um direkt oder indirekt von einem Benutzer betätigt zu werden;

- eine Stützvorrichtung (6), ausgebildet zur Aufnahme der beweglichen Kugel (4) und mindestens drei Lager (8) umfassend, die in Winkelrichtung versetzt sind und Kontaktteile (22) aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizienten umfassen, auf welchen die bewegliche Kugel (4) ruht, welche Kontaktteile (22) mit der Kugel (4) mit Wälzreibung zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktteile (22) von Kügelchen gebildet sind, die frei drehbar in den Lagern (8) angeordnet sind.

2. Steuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kügelchen (22) in eine in jedes der Lager (8) eingearbeitete Ausnehmung (24) eingefügt ist.

3. Steuerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lager (8) elastische Einschnappmittel (26) umfaßt, ausgebildet zum Halten jedes Kügelchens (22) in seiner Ausnehmung (24).

4. Steuerelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnappmittel (26) eine rückspringende Kante umfassen, die sich mindestens teilweise auf der Peripherie der Ausnehmung (24) erstreckt.

5. Steuerelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rückspringende Rand (26) von einer durchgehenden Lippe gebildet ist, die sich an der Peripherie der Öffnung der Ausnehmung (24) erstreckt.

6. Steuerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lager (8) aus einem Material hergestellt ist, das elastische Deformationseigenschaften besitzt, welche größer sind als die der Kügelchen (22).

7. Steuerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Kügelchen (22) aus Korund hergestellt sind.

8. Steuerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lager (8) aus Polyoximethylen hergestellt ist.

9. Steuerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kügelchen eine geometrische Ebene (P) definieren und daß die Ausnehmungen in eine Oberfläche des Lagers eingearbeitet sind, die unter einem Winkel (A) zwischen 60º und 75º relativ zu der geometrischen Ebene (P) geneigt ist.

10. Steuerelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (A) im wesentlichen gleich 69º ist.

11. Steuerelement nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kügelchen eine geometrische Ebene (P) definieren und daß die Längsumlaufachse jeder Ausnehmung (24) mit der geometrischen Ebene (P) einen zwischen 10º und 30º liegenden Winkel (B) bildet.

12. Steuerelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (B) im wesentlichen gleich 19º ist.