WO2005027168A1 - Bedienelement - Google Patents
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- G05G2009/04781—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks with additional rotation of the controlling member
Definitions
- the invention relates to an operating element according to the preamble of patent claim 1.
- the actuator is mounted in a bearing and has a multi-colored spherical section at its lower end. A light emitted by a light transmitter against the spherical section is received by a sensor. Due to the colors, the light rays reflect differently, i.e. the reflected light rays have different brightness and / or spectral components, so that an evaluation and control unit downstream of the sensor determines the position of the actuator from the information supplied by the sensor.
- DE 100 63 760 A1 discloses an actuating element which is pivotally mounted about two spatial axes or is displaceable in two spatial axes.
- This solution combines a joystick and a well-known trackball.
- a light barrier is arranged in the pivoting or shifting area of the actuating element in such a way that the actuating element influences the beam path of the light barrier when it is pivoted or shifted.
- the amount of light coupling into the light guide changed.
- the use of a further light guide is considered to be advantageous.
- an optical encoder for a control element which is formed by a light distribution or light guide, via which the transmitter and receiver interact functionally lying side by side.
- the invention has for its object to show a control element, which dispenses with mechanical contacts and can also perform several functions.
- the invention is based on the idea of creating an operating element which realizes three functions, a turning function, a printing function and / or a joystick function in one.
- this is also made possible by integrating an optical joystick, which implements switching with at least two light barriers in more than two spatial axes and dispenses with mechanical contacts.
- actuating or operating element 1 is shown and characterized, which in addition to a rotary and a push function also has a joystick function.
- a rotary switch 3 and a push button 4 are part of the actuating element 1 like a joystick 2, the joystick 2 being structurally integrated in the rotary pressure switch 3, 4.
- the joystick 2 is mounted in the rotary pressure actuator 3, 4 by means of an adapter 5, which forms a central component of the control element 1 (is still being carried out).
- the joystick has a locking ring 6 with compression spring guide as well as compression springs 7 and a link 13.
- the deflection axis 9 is located in the center of the joystick 2, the cap 2.1 of which is held in a clamping sleeve 10.
- Two light transmitters 11 and two optical receivers 12, which are arranged on a smaller printed circuit board 14, are preferably responsible for the electrical function of the joystick 2 (will be explained below).
- control element 1 has a further, for example larger, printed circuit board 15 on which, among other things, four LEDs 16, a switch contact 17 which is responsible for the electrical function of the push button 4, for example two further optical ones Receiver 18 and two further light transmitters 19 are located, which in turn are responsible for the electrical function of the rotary switch 3.
- receivers 18 are functionally linked to the light transmitters 19 via a light guide 20. Between the light guide 20 and the receivers 18, a slotted disk 21 is moved with a guide and preferably with a latch (for the haptics that are often required), which, as a result of its structure and the slits introduced, causes a bit pattern on the receivers 18 which is used as a signal for the rotary movement / Direction of rotation of the rotary switch 3
- the 10 switch 3 or the push button 4 is created by a cable 30.
- a rubber mat 27 is used to shield the light.
- the guide axis of the pushbutton 4 is identified by 29.
- the light sources 16 (four LEDs), also shown, are used to illuminate the control element 1.
- the light is guided, in particular, into a light guide 31 in order to illuminate the rotary switch 3 in the upper region.
- the adapter 5 plays an important role in the complex structure of the operating element 1.
- This adapter 5 receives the guide axis 29, which receives the slotted disk 21 via a locking ring.
- the slotted disc 21 is guided radially and axially on the adapter 5.
- the latching spring 28 is fastened in the adapter 5 and, as already described, carries out the latching when the slotted disk 21 rotates with the latching lugs in the adapter 5.
- the (second) radial guidance is realized by the guide axis 29 and the adapter 5 on the other side.
- the guide axis is represented axially via a compression spring 8 and a disk on the guide axis. A possible longitudinal play is compensated for by this compression spring 8.
- the two light guides 31, 20 are clipped into the adapter 5, which in the end support the “turning” functionality.
- the guide shaft 29, which is mounted in the adapter 5 is taken along.
- the guide axis 29 in turn takes the slotted disk 21 with it and rotates it past one / two receivers 9 and the 2 light guides. The alternating flow or interruption of the light flow from the transmitter 8 to the receiver 9 gives the signal necessary for further processing.
- the switch contact 17 (microswitch-ITT switch) is actuated against the spring force of the compression springs 8, which lies directly under the leading axis.
- the force of the pressure function can also be influenced via the characteristic of the compression spring 8.
- the backdrop 13 (deflection axis 9) is moved, which interrupts the light flow between two transmitters 11 and two receivers 12. This is evaluated electronically. The rest is generated by the locking ring 6 and the compression spring 7.
- the function to be activated is switched in accordance with the detected directions, switching positions of the joystick 2.
- a further button 22 with button cap 23 and button bottom part 24 is provided, which is integrated in the control element 1 in addition to the joystick 2 and the rotary switch 3 / push button 4.
- This has its own switching contact 25, which is actuated by a light block or plunger 26.
- the control element 1 is mounted inside a housing or a panel 32 and has a housing rear wall 33 on its lower side. In the event that the control element 1 is integrated in a panel 32, the circuit board 15 is preferably snapped into the panel 32.
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein Bedienelement (1), welches drei Funktionen, eine Drehfunktion, eine Druckfunktion und / oder eine Joystickfunktion realisiert. Dies wird neben der vorzugsweisen Verbindung von Drehschalter (3) und Drucktaster (4) als Dreh- Drucksteller (3, 4) auch durch das Einbinden eines optischen Joysticks (4) ermöglicht, der mit wenigstens zwei Lichtschranken (A, B) in mehr als zwei Raumachsen ein Schalten realisiert und auf mechanische Kontakte verzichtet.
Description
B E S C H R E I B U N G
Bedienelement
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Bedienelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Ein elektrischer Schalter, ein Vierwege-Schalter, ist aus der DE 198 59 698 C2 bekannt. Das Schalten erfolgt über mechanische Kontakte.
Eine Bedieneinrichtung mit einer Vorrichtung zur optischen Auswertung der Stellung des Stellglieds ist in der DE 198 43 854 A1 beschrieben. Das Stellglied ist in einem Lager gelagert und weist an seinem unteren Ende einen mehrfarbigen Kugelabschnitt auf. Ein von ei- nem Lichtsender ausgestrahltes Licht gegen den Kugelabschnitt wird von einem Sensor empfangen. Bedingt durch die Farben reflektieren die Lichtstrahlen unterschiedlich, d.h., die reflektierten Lichtstrahlen weisen unterschiedliche Helligkeits- und/oder Spektralanteile auf, so dass eine dem Sensor nachgeschaltete Auswerte- und Steuereinheit die Stellung des Stellgliedes aus der vom Sensor gelieferten Information bestimmt wird.
Ein weiterer elektrischer Schalter, insbesondere Wippschalter, ist aus der DE 41 21 571 C2 bekannt. Die Kontaktgabe erfolgt durch seitlich eingespannte elektrische Kontaktfedern. Ein Mehrweg-Kippschalter ist in der DE 195 17 538 C2 beschrieben. Auch hier erfolgt die Kontaktgabe mechanisch.
Die DE 100 63 760 A1 offenbart ein Betätigungselement, das um zwei Raumachsen schwenkbar oder in zwei Raumachsen verschiebbar gelagert ist. Diese Lösung vereint einen Joystick und einen bekannten Trackball. In einer Ausführung wird eine Lichtschranke im Ver- schwenk- oder Verschiebebereich des Betätigungselements derart angeordnet, dass das Betätigungselement bei seiner Verschwenkung oder Verschiebung den Strahlengang der Lichtschranke beeinflusst. Dabei wird in Abhängigkeit der Stellung des Betätigungselements
das Maß der Lichteinkopplung in den Lichtleiter verändert. Die Verwendung einer weiteren Lichtleiters wird als vorteilhaft angesehen.
Einen kombinierten Dreh- Drucksteller offenbart die DE 199 64 131 Λ1.
Aus der nicht veröffentlichten DE 103 14 315.7 ist ein optischer Encoder für ein Bedienelement bekannt, welcher durch eine Lichtverteilung bzw. Lichtführung gebildet wird, über die Sender und Empfänger nebeneinander liegend funktional zusammenwirken. Darstellung der Erfindung
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Bedienelement aufzuzeigen, welches auf mechanische Kontakte verzichtet und zudem mehrere Funktionen ausführen kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Bedienelement zu schaffen, welches drei Funktionen, eine Drehfunktion, eine Druckfunktion und/oder eine Joystickfunktion in einem realisiert. Dies wird neben der vorzugsweisen Verbindung von Drehschalter und Drucktaster als Dreh- Drucksteller auch durch das Einbinden eines optischen Joysticks ermöglicht, der mit wenigstens zwei Lichtschranken in mehr als zwei Raumachsen ein Schalten realisiert und auf mechanische Kontakte verzichtet.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Joystick mit Dreh- und Druckfunktion im Schnitt,
Fig. 2 eine Darstellung der Beeinflussung der Lichtschranken des Joysticks,
Fig. 3 die Auswertung der Joystickbetätigung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 ist ein Betätigungs- bzw. Bedienelement 1 dargestellt und gekennzeichnet, welches neben einer Dreh- und einer Druckfunktion zusätzlich über eine Joystickfunktion verfügt.
5 Ein Drehschalter 3 sowie ein Drucktaster 4 (= Dreh- Drucksteller 3, 4) sind dabei wie ein Joystick 2 Bestandteil des Betätigungselements 1 , wobei der Joystick 2 in den Dreh- Drucksteller 3, 4 baulich integriert ist . Die Lagerung des Joysticks 2 im Dreh- Drucksteller 3, 4 erfolgt durch einen Adapter 5, der ein zentrales Bauteil des Bedienelements 1 bildet (wird noch ausgeführt). Des Weiteren
I O weist der Joystick einen Rastring 6 mit Druckfederführung sowie Druckfedern 7 und eine Kulisse 13 auf. Die Umlenkachse 9 befindet sich mittig im Joystick 2, dessen Kappe 2.1 in einer Klemmhülse 10 gehalten wird. Für die elektrische Funktion des Joysticks 2 zeigen vorzugsweise zwei Lichtsender 11 und zwei optische Empfänger 12 verantwortlich, die auf einer kleineren Leiterplatte 14 angeordnet sind (wird noch ausgeführt).
5 Neben dem bereits beschriebenen Aufbau des Joysticks 2 weist das Bedienelement 1 eine weitere, beispielsweise größere Leiterplatte 15 auf, auf der sich unter anderem vier LED's 16, ein Schaltkontakt 17, der für die elektrische Funktion des Drucktasters 4 verantwortlich zeigt, beispielsweise zwei weitere optische Empfänger 18 und zwei weitere Lichtsender 19 befinden, die ihrerseits für die elektrische Funktion des Drehschalters 3 verantwortlich sind.
!0 Funktional werden diese Empfänger 18 mit den Lichtsendern 19 über einen Lichtleiter 20 verknüpft. Zwischen dem Lichtleiter 20 und den Empfängern 18 wird eine Schlitzscheibe 21 mit Führung und vorzugsweise mit Rast (für die häufig erforderliche Haptik) bewegt, die als Folge ihres Aufbaus und den eingebrachten Schlitzen ein Bitmuster an den Empfängern 18 hervorruft, welches als Signal für die Drehbewegung / Drehrichtung des Drehschalters 3 an
!5 eine nicht näher dargestellte, nachgeschaltete Elektronik geführt wird. In Auswertung dieser Signale erfolgt in herkömmlicher Art und Weise das Schalten der Funktion. Mit der Rast an der Schlitzscheibe 21 wirkt eine Rastfeder 28 mechanisch für die gewünschte haptische Rückinformation an eine Bedienperson zusammen. Eine elektrische Verbindung der Leiterplatte 14 des Joysticks 2 zur Leiterplatte 15 des Dreh-
10 Schalters 3 bzw. des Drucktasters 4 wird durch ein Kabel 30 geschaffen. Eine Gummimatte 27 dient zur Lichtabschottung. Mit 29 ist die Führungsachse des Drucktasters 4 gekennzeichnet.
Die ebenfalls dargestellten Lichtquellen 16 (vier LED's) dienen zur Ausleuchtung des Be- ι5 dienelements 1. Dabei wird das Licht insbesondere bis in einen Lichtleiter 31 geführt, um den Drehschalter 3 im oberen Bereich auszuleuchten.
Wie bereits erwähnt, beinhaltet der Adapter 5 als zentrales Bauteil eine wichtige Rolle beim komplexen Aufbau des Bedienelernents 1. Dieser Adapter 5 nimmt die Führungsachse 29 auf, die über einen Sicherungsring die Schlitzscheibe 21 aufnimmt. Die Schlitzscheibe 21 wird radial und axial an dem Adapter 5 geführt. Im Adapter 5 ist die Rastfeder 28 befestigt, die wie bereits beschrieben die Rastung ausführt, wenn sich die Schlitzscheibe 21 mit den Rastnasen im Adapter 5 dreht. Die (zweite) radiale Führung wird durch die Führungsachse 29 und dem Adapter 5 auf der anderen Seite realisiert. Axial wird die Führungsachse über eine Druckfeder 8 und einer Scheibe an der Führungsachse dargestellt. Durch diese Druckfeder 8 wird beispielsweise ein mögliches Längsspiel ausgeglichen. Weiterhin sind die zwei Lichtleiter 31 , 20 in den Adapter 5 geklipst, die am Ende die Funktionalität „Drehen" unterstützen.
Joystick 2, Drehschalter 3 und Drucktaster 4 bilden somit eine sich ergänzende bauliche und damit kompakte Einheit. In einer Übersicht werden die drei Funktionen, die dieses Bedienelement 1 ausführen kann, kurz erläutert.
Drehfunktion:
Wird der Drehschalter 3 (Dreh- Drucksteller 3, 4) gedreht, wird die Führungsachse 29, die im Adapter 5 gelagert ist, mitgenommen. Die Führungsachse 29 wiederum nimmt die Schlitzscheibe 21 mit und dreht diese an einem/zwei Empfängern 9 und den 2 Lichtleitern vorbei. Das abwechselnde fließen oder unterbrechen des Lichtflusses vom Sender 8 zum Empfänger 9 ergibt das für die Weiterverarbeitung notwendige Signal.
Druckfunktion:
Wird auf den Drucktaster 4 (Dreh- Drucksteller 3, 4) eine Kraft ausgeübt, so wird gegen die Federkraft der Druckfedern 8 die gesamte Baugruppe mit Führungsachse 29, Kulisse 13, Schlitzscheibe 21 usw. der Schaltkontakt 17 (Mikroschalter-ITT Schalter) betätigt, der direkt unter der Führungsachse liegt. Die Kraft der Druckfunktion kann zusätzlich über die Kenn- linie der Druckfeder 8 beeinflusst werden.
Joystickfunktion:
Beim Betätigen wird die Kulisse 13 (Umlenkachse 9) bewegt, die den Lichtfluss zwischen jeweils 2 Sender 11 und zwei Empfänger 12 unterbricht. Dies wird elektronisch ausgewertet. Die Rast wird dabei durch den Rastring 6 und die Druckfeder 7 erzeugt.
Fig. 2 zeigt den Lichtgang an den beiden durch die Sender 11 und Empfänger 12 gebildeten Lichtschranken A, B.
ln Ruhestellung des Joysticks 2 werden beide Lichtschranken A, B gleichmäßig abgedunkelt. In Betätigung der Joysticks 2 um die Haupt- bzw. Umlenkachse 9 erfolgt eine Beeinflussung auf nur eine Lichtschranke A. Beim Schwenken in die 45° Achsen werden beide Lichtschranken A, B beeinflusst. Je nach Eintauchen der Kulisse 13 zwischen den Sendern 11 und den Empfängern 12 wird die 45° Richtung detektiert, die durch den Joystick 2 angefahren worden ist.
Fig. 3 widerspiegelt die durch den Joystick 2 an den Lichtschranken hervorgerufenen Signale und deren Auswertung für das Schalten der Funktion (Bitmuster). Entsprechend der detek- tierten Richtungen, Schaltlagen des Joysticks 2, erfolgt das Schalten der damit anzusteuem- den Funktion.
In einer weiteren vorteilhaften Form und als Ergänzung ist ein weiterer Taster 22 mit Tastenkappe 23 und Tastenunterteil 24 vorgesehen, der im Bedienelement 1 neben den Joystick 2 und den Drehschalter 3 / Drucktaster 4 integriert ist. Dieser weist einen eigenen Schaltkon- takt 25 auf, der durch einen Lichtstein oder Stößel 26 betätigt wird.
Das Bedienelement 1 ist innerhalb eines Gehäuses oder einer Blende 32 angebracht und weist an seiner unteren Seite eine Gehäuserückwand 33 auf. Im Falle, dass das Bedienelement 1 in einer Blende 32 eingebunden ist, ist die Leiterplatte 15 vorzugsweise in der Blende 32 verschnappt.
Alternativ ist auch die Nutzung eines wie in der DE 103 14 315.7 beschriebenen optischen Encoders als Variante möglich, auf den direkten Bezug genommen wird.
Claims
1. Bedienelement mit einer Dreh- und Druckfunktion, bestehend aus einem Drehschalter sowie einem Drucktaster als bauliche Einheit zu einem Dreh- Drucksteller, dadurch gekennzeichnet, dass - der Drehschalter (3) einen optischen Encoder aufweist, gebildet aus wenigstens ei- nem Sender (19) und einem Empfänger (18), einem Lichtleiter (20) und einer Codierung und - ein Joystick (2) in den Dreh- Drucksteller (3, 4) eingebunden ist, durch den das Bedienelement (1) zusätzlich eine Joystickfunktion ausführen kann, gebildet aus wenigstens zwei Sendern (11) und zwei jeweils auf einen Sender (11) senkrecht zu diesen ausgerichteten Empfängern (12) sowie einer zum Joystick (2) zugehörenden Kulisse (13), die je nach Betätigung und Verkippen des Joysticks (2) den Lichtfluss zwischen den Sendern (11) und dem zugehörigen Empfänger (12) beeinflusst.
2. Bedienelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Adapter (5) zur Integration des Joysticks (2) in den Dreh- Druckschalter (3, 4) eingebunden ist, der eine Führungsachse (29) aufnimmt, die ihrerseits eine Schlitzscheibe (21) als Codierung für den Drehschalter (3) aufnimmt.
3. Bedienelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzscheibe (21) eine Führung und umfangsseitig Rastnasen aufweist.
4. Bedienelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (11) und Empfänger (12) des Joysticks (2) auf einer kleineren Leiterplatte (14) elektrisch befestigt sind, die vom Adapter (5) gehalten wird.
5. Bedienelernent nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Sender (19) und der/die Empfänger (18) auf einer dem Dreh- Drucksteller (3, 4) zugehörigen Leiterplatte (15) elektrisch kontaktieren.
6. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucktaster (4) unterhalb der Führungsachse (29) einen Schaltkontakt (17) aufweist, der auf der dem Dreh- Druckschalter (3, 4) zugehörenden Leiterplatte (15) angeordnet ist, durch Drücken des Drucktasters (4) betätigt wird.
7. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Adapter (5) ein weiterer Lichtleiter (31) verklipst ist, durch den eine Lichtführung des Lichtes wenigstens einer Lichtquelle (16) auf der dem Dreh- Druckschalter (3, 4) zugehörenden Leiterplatte (15) in den oberen Bereich des Bedienelements (1) zur Ausleuchtung transportiert wird.
8. Bedienelement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Adapter (5) eine Rastfeder (28) befestigt ist, die eine Rastung ausführt, wenn sich die Schlitzscheibe (21) mit den Rastnasen im Adapter (5) dreht.
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