DE102014102227A1

DE102014102227A1 - Dreh-/Drücksteller

Info

Publication number: DE102014102227A1
Application number: DE102014102227.0A
Authority: DE
Inventors: Metin Sönmez
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-08-27
Also published as: CN104866003B; CN104866003A; JP5982023B2; US20150241903A1; JP2015159111A; US9557761B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dreh-/Drücksteller (1), umfassend • einen sowohl radial mit einem Drehwinkel um eine Drehachse 2 als auch axial, entlang dieser Längsachse bewegbaren Außenring (3), der mit einem zentrisch angeordneten Schaft (4) einteilig ausgebildet ist, wobei der Schaft (4) eine Verbindung zu einem elektrischen Schalter (5) aufweist oder durch die axiale Beweglichkeit des Schaftes (5) eine solche Verbindung herstellbar ist und wobei zwischen einer Innenwand (7) des Außenrings und dem Schaft (4) ein Zwischenraum ausgebildet ist und • einen Innenring (6), der im Zwischenraum zwischen der Innenwand (7) des Außenrings (3) und dem Schaft (4) koaxial zum Schaft und zum Außenring (3) angeordnet ist, • ein Wälzlagers (8) mit mindestens zwei Reihen aus Wälzkörpern (9), die zwischen der Innenwand (7) des Außenrings (3) und der Außenwand (10) des Innenrings (6) platziert sind, und • mindestens ein Mittel zur elektrischen Erfassung der Drehwinkelbewegung des Außenrings (3). Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Dreh-/Drückstellers (1) besteht darin, dass keinerlei Wackeln des durch den Außenring (3) gebildeten Drehknopfes und eine geringe Reibung aufgrund des Wälzlagers (8) und des zentrisch angeordneten, für die Aktivierung des elektrischen Schalters (5) vorgesehenen Schaftes (4) auftritt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dreh-/Drücksteller mit erhöhter Präzision. Dreh-/Druckknöpfe bestehen meist aus einem Gleitlager und einer zentrisch angeordneten Drucktastenaktivierung oder einem Kugellager mit einer außerzentrisch angeordneten Drucktastenaktivierung mit oder ohne zusätzlichem Getriebe.
Da Gleitlager Spiel zwischen den Führungsflächen benötigen, bewirkt diese Lösung meist ein Wackeln des Drehknopfes (englisch Wobbel). Bei der zweiten Lösung mit dem Kugellager ist die Aktivierung der Drucktaste außerzentrisch, welches ein höheres Reibmoment erzeugt. Für eine gute Haptik sind beide Eigenschaften sehr wichtig: geringe Reibung und ein geringes Wackeln des Drehknopfes. Leider wirken beide Eigenschaften in entgegengesetzte Richtungen:

– geringes Führungsspiel => geringes Wackeln des Drehknopfes, hohe Reibung
– hohes Führungsspiel => geringe Reibung, mehr Wackeln des Drehknopfes.

Bekannte Lösungen zeigen meist einen Kompromiss zwischen diesen beiden Eigenschaften. Je geringer der Durchmesser des Dreh-Drückstellers und des daraus resultierenden Bauraums, desto schwieriger die Minimierung des Wackelns des Drehknopfes.
Aus der EP 2 490 240 A1 ist eine Schalteinrichtung bekannt, die eine koaxiale Anordnung entlang der Längsachse eines zylindrischen Kerns aufweist, welche sich axial von einem Kernboden bis zu einem distalen Ende erstreckt. Der Kernboden ist an einer Bodenplatte befestigt. Ein äußerer Knopf erstreckt sich von einem Knopfboden bis zu einem distalen Knopfoberteil, wobei der Knopf längsaxial um den zylindrischen Kern drehbar ist. Eine Schaltungsmittel erzeugt abhängig von den Drehungen des Knopfes ein elektrisches Signal. Eine Knopfführungseinheit für die Relativbewegung des Knopfes zum zylindrischen Kern ist ebenfalls vorgesehen. Diese Knopfführungseinheit umfasst eine obere Führung im Umkreis des distalen Ende des zylindrischen Kerns und des Knopfoberteils sowie eine untere Führung im Umkreis des Kernbodens und des Knopfbodens. Dabei umfasst die obere Führung wiederum Rollelemente, wobei diese Rollelemente zwischen einem Innenlauf der oberen Führung, der integraler Bestandteil des zylindrischen Kerns ist, und einem äußeren Lauf der oberen Führung, der integraler Bestandteil des Knopfes ist, abrollen. Mit der dadurch bereitgestellten oberen Kugellageranordnung soll Reibung, die durch die Rotationsbewegung des Knopfes entsteht, vermieden werden.
In der DE 10 2011 083 524 A1 ist eine Dreh-/Drück-Bedienvorrichtung für ein Mensch-Maschine-Interface, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente wie zum Beispiel eine Klimaanlage, beschrieben. Diese Dreh-/Drück-Bedienvorrichtung weist ein Dreh-Drückelement auf, das um eine Führungsachse drehbar und längs der Führungsachse axial bewegbar ist. Darüber hinaus weist die Dreh-/Drück-Bedienvorrichtung eine Wälzlagereinheit mit einem Außenlagerring, einem Innenlagerring und mit zwischen Außenlagerrring und Innenlagerring angeordneten Wälzkörpern auf. Dabei ist der Außenlagerring – oder alternativ der Innenlagerring – mit dem Dreh-/Drückelement verbunden und von diesem mitdrehbar. Ein Drehsensor erfasst die Drehbewegung des Dreh-Drückelements. Die Dreh-Drück-Bedienvorrichtung weist ferner mindestens eine der beiden folgenden Merkmalsgruppen auf, nämlich einen bei einer axialen Bewegung des Dreh-/Drückelements längs der Führungsachse aus einer Ausgangsposition in eine Niederdrückposition ansprechenden Drucksensor und ein Rückholelement zum automatischen Zurückbewegen des Dreh-Drückelements in dessen Ausgangsposition. Dabei wirkt das Rückholelement direkt oder indirekt auf die Wälzlagereinheit ein. Der Innenlagerring – oder alternativ der Außenlagerring – sind an der Führungsachse axial bewegbar geführt und an dieser gegen Verdrehungen gesichert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der Präzision und der haptsichen Eigenschaften eines Dreh-/Drückstellers bei Beibehaltung der Grundfunktionen:

– Drehsteller: Verstellung des Drehwinkels entsprechend der definierten Einteilung erfassen und in elektrische Signale umwandeln.
– Tastschalter: Betätigung erkennen und in entsprechende elektrische Signale umwandeln.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung besteht in einem Dreh-/Drücksteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein erfindungsgemäßer Dreh-/Drücksteller umfasst

• einen sowohl radial mit einem Drehwinkel um eine Drehachse als auch axial, das heißt entlang der Drehachse bewegbaren Außenring, der mit einem zentrisch angeordneten Schaft einteilig ausgebildet ist, wobei der Schaft eine Verbindung zu einem elektrischen Schalter aufweist oder durch die axiale Beweglichkeit des Schaftes eine solche Verbindung herstellbar ist und wobei zwischen einer Innenwand des Außenrings und dem Schaft ein Zwischenraum ausgebildet ist,
• einen Innenring, der im Zwischenraum zwischen der Innenwand des Außenrings und dem Schaft koaxial zum Schaft und zum Außenring angeordnet ist,
• ein Wälzlagers mit mindestens zwei Reihen aus Wälzkörpern, die zwischen der Innenwand des Außenrings und der Außenwand des Innenrings platziert sind, wobei die Innenwand des Außenrings und die Außenwand des Innenrings die Abrollflächen für die Wälzkörper bereitstellen und
• mindestens ein Mittel zur elektrischen Erfassung der Drehwinkelbewegung des Außenrings.

Als Vorteil ist vor allem zu nennen, dass keinerlei Wackeln des durch den Außenring gebildeten Drehknopfes und eine geringe Reibung aufgrund des Wälzlagers und des zentrisch angeordneten, für die Aktivierung des elektrischen Schalters vorgesehenen Schaftes auftritt. In den Drehknopf sind zudem mindestens zwei Reihen eines Wälzlagers, vorzugsweise eines Kugellagers, integriert. Ein besonderer Vorteil besteht in der integrierten Drucktastenfunktion, das heißt der Schaft für die Aktivierung des elektrischen Schalters ist in den Außenring integriert, der axial, das heißt entsprechend dem Tastenhub, bewegbar ist. Besonders geeignet ist der erfindungsgemäße Dreh-/Drücksteller beim Vorliegen von sehr kleinen Drehknöpfen mit zum Beispiel < 20 mm Durchmesser.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Leiterplatte auf dem Innenring befestigt und vorzugsweise befindet sich auf dieser Leiterplatte auch der elektrische Schalter.
Als Mittel zur elektrische Erfassung der Drehwinkelbewegung des Außenrings eignet sich in besonderer Weise ein photoelektrisches Element. Der Außenring weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine integrierte Geometrie, insbesondere eine Zahngeometrie auf, die die elektrische Erfassung der Drehwinkelbewegung des Außenrings mittels Lichtschranke ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am Umfang des Außenrings eine Rastkurve angeordnet. Die somit im Drehsteller integrierte Rastgeometrie dient dem haptischen Feedback. Vorzugsweise ist ein
Federelement vorgesehen, dass in die Rastkurve eingreift. In diesem Fall ergeben sich die haptischen Eigenschaften aus der Rastkurve und der Geometrie und Charakteristik des Federelements.
Die radiale Bewegung des Außenrings wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durch einen Endanschlag begrenzt. Vorzugsweise ist der Außenring dabei um 360° beweglich.
Wie bereits erwähnt, ist das Wälzlager vorzugsweise in Form von mindestens zwei Reihen aus kugelförmigen Wälzkörpern ausgebildet, wobei die kugelförmigen Wälzkörper einer Reihe jeweils in einem Käfig platziert sind, der die Kugeln auf Abstand zueinander hält. Der Dreh-/Drücksteller ist vorzugsweise ähnlich einem Rillenkugellager aufgebaut und besteht im Wesentlichen aus drei Einzelbauteilen:

1. dem Außenring mit dem zentrisch angeordneten Schaft,
2. dem zweireihigen Wälzlager, wobei jede Reihe aus einem Käfig mit vorzugsweise kugelförmigen Walzkörpern besteht sowie
3. dem Innenring.

Darüber hinaus können in dem erfindungsgemäßen Dreh-/Drücksteller Schnapphaken zur Befestigung von dekorativen Bauteilen integriert sein. Die Schnapphaken können am Umfang des Außenrings angebracht werden. Anzahl, Form und Größe der Schnapphaken können entsprechend den mechanischen Anforderungen ausgelegt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigt:
1: eine schematische Schnittdarstellung eines Dreh-/Drückstellers gemäß der vorliegenden Erfindung und
2: eine perspektivische Darstellung des Außenrings des Dreh-/Drückstellers.
Die 1 zeigt einen schematische Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Dreh-/Drücksteller 1 bzw. Dreh-/Druckknopf 1, umfassend einen um eine Drehachse 2 bewegbaren Außenring 3 und einen innerhalb des Außenrings 3 zentrisch angeordneten Schaft 4 zur Aktivierung einer Drucktaste 5 bzw. eines elektrischen Schalters 5. Dabei ist der Schaft 4 in das Bauteil des Außenrings 3 integriert, das heißt, der Schaft 4 und der Außenring 3 bilden ein gemeinsames Bauteil. Des Weiteren umfasst der Dreh-/Druckknopf 1 einen Innenring 6, der innerhalb des Außenrings 3 koaxial zu diesem angeordnet ist und dabei gleichzeitig den Schaft 4 umringt. Das heißt, der Innenring 6 ist in einem Zwischenraum zwischen dem Schaft 4 und einer Innenwand 7 des Außenrings 3 platziert. In den Drehknopf 1 integriert sind zwei Reihen eines Wälzlagers 8 aus Wälzkörpern 9, die im Zwischenraum zwischen der Innenwand 7 des Außenrings 3 und der Außenwand 10 des Innenrings 6 platziert sind. Dabei werden die Wälzkörper 9 einer Reihe jeweils durch einen Käfig 11 in gleichem Abstand gehalten. Wie die 1 zeigt, handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um ein Wälzlager 8, in dem Kugeln als Wälzkörper 9 dienen, umgangssprachlich auch als Kugellager 8 bezeichnet. Der Dreh-/Druckknopf 1 ist ähnlich einem Rillenkugellager aufgebaut. Wie die 1 zeigt, sind sowohl in der Außenwand 10 des Innenrings 6 als auch in der Innenwand 7 des Außenrings 3 jeweils zumindest zum Teil bogenförmige Ausnehmungen 12 im Bereich der Führungsflächen bzw. Abrollflächen für die Wälzkörper 9 bzw. Kugeln 9 vorgesehen.
Der Außenring 3 ist sowohl radial, das heißt, um einen Drehwinkel von 360°, als auch axial, das heißt entsprechend dem Tastenhub in Richtung der Drehachse 2, bewegbar bzw. verschiebbar. Die elektrische Erfassung der Drehwinkelbewegung erfolgt mittels eines photoelektrischen Elementes 13. Eine Leiterplatte 14 ist auf dem Innenring 6, gemäß 1 an der Unterseite des Innenrings 6, befestigt. Der zentrisch angeordnete Schaft 4 stellt die Verbindung her zu einem elektrischen Schalter 5 bzw. einer Drucktaste 5, der/die sich ebenfalls auf der Leiterplatte 14 befindet.
Des Weiteren ist am Umfang des Außenrings 3 vorteilhafterweise eine Rastkurve angeordnet. Die haptischen Eigenschaften ergeben sich aus der Rastkurve und der Geometrie und Charakteristik eines Federelements, welches in die Rastkurve eingreift.
Die 2 zeigt eine perspektivische räumliche Darstellung des Außenrings 3 des Dreh-/Drückstellers 1. Der Außenring 3 weist dabei eine integrierte Geometrie auf, die die elektrische Erfassung der Drehwinkelbewegung des Außenrings 3 mittels Lichtschranke ermöglicht. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist diese Geometrie eine Zahngeometrie aus Zahnelementen 15, welche über den gesamten Umfang der Unterseite des Außenrings 3 in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
Gemäß der in 2 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung ist am Umfang des Außenrings eine Rastkurve 16 angeordnet. Die somit im Drehsteller 1 integrierte Rastgeometrie dient dem haptischen Feedback. Vorzugsweise ist ein in 2 nicht dargestelltes Federelement vorgesehen, dass in die Rastkurve eingreift.
Darüber hinaus sind in dem gezeigten Dreh-/Drücksteller 1 Schnapphaken 17 zur Befestigung von dekorativen Bauteilen integriert, wobei die Schnapphaken 17 am Umfang des Außenrings angebracht sind. Die Verbindung erfolgt durch Verklipsung der Bauteile mit den Schnapphaken 17. Anzahl, Form und Größe der Schnapphaken 17 können entsprechend den mechanischen Anforderungen ausgelegt werden.
Bezugszeichenliste

1: Dreh-/Druckknopf, Dreh-/Drücksteller, Drehsteller
2: Drehachse
3: Außenring
4: Schaft, Druckknopfbetätigung
5: Drucktaste, elektrischer Schalter
6: Innenring
7: Innenwand des Außenrings 3
8: Wälzlager
9: Walzkörper, Kugellagerreihe
10: Außenwand des Innenrings 6
11: Käfig
12: Ausnehmungen
13: photoelektrischer Schalter, elektrische Detektion
14: Leiterplatte
15: Zahnelemente
16: Rastkurve
17: Schnapphaken

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2490240 A1 [0004]
DE 102011083524 A1 [0005]

Claims

Dreh-/Drücksteller (1), umfassend • einen sowohl radial mit einem Drehwinkel um eine Drehachse 2 als auch axial, entlang dieser Längsachse bewegbaren Außenring (3), der mit einem zentrisch angeordneten Schaft (4) einteilig ausgebildet ist, wobei der Schaft (4) eine Verbindung zu einem elektrischen Schalter (5) aufweist oder durch die axiale Beweglichkeit des Schaftes (5) eine solche Verbindung herstellbar ist und wobei zwischen einer Innenwand (7) des Außenrings und dem Schaft (4) ein Zwischenraum ausgebildet ist und • einen Innenring (6), der im Zwischenraum zwischen der Innenwand (7) des Außenrings (3) und dem Schaft (4) koaxial zum Schaft und zum Außenring (3) angeordnet ist, • ein Wälzlagers (8) mit mindestens zwei Reihen aus Wälzkörpern (9), die zwischen der Innenwand (7) des Außenrings (3) und der Außenwand (10) des Innenrings (6) platziert sind, und • mindestens ein Mittel zur elektrischen Erfassung der Drehwinkelbewegung des Außenrings (3).
Dreh-/Drücksteller (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte (14) auf dem Innenring (6) befestigt ist und sich auf der Leiterplatte der elektrische Schalter befindet.
Dreh-/Drücksteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur elektrische Erfassung der Drehwinkelbewegung des Außenrings (3) ein photoelektrisches Element (13) vorgesehen ist.
Dreh-/Drücksteller (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (3) eine integrierte Geometrie aufweist, die die elektrische Erfassung der Drehwinkelbewegung des Außenrings (3) mittels Lichtschranke ermöglicht.
Dreh-/Drücksteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Außenrings (3) eine Rastkurve (16) angeordnet ist.
Dreh-Drücksteller (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement vorgesehen ist, dass in die Rastkurve (16) eingreift, wobei sich aus der Rastkurve (16) und der Geometrie und Charakteristik des Federelements die haptischen Eigenschaften ergeben.
Dreh-Drücksteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (8) in Form von mindestens zwei Reihen aus kugelförmigen Wälzkörpern (9) ausgebildet ist, wobei die kugelförmigen Wälzkörper einer Reihe jeweils in einem Käfig platziert sind, der die Kugeln auf Abstand zueinander hält.