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DE102016122585B4 - Drehsteller mit verbesserter, optischer Drehstellungsdetektion - Google Patents

Drehsteller mit verbesserter, optischer Drehstellungsdetektion Download PDF

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DE102016122585B4 DE102016122585.1A DE102016122585A DE102016122585B4 DE 102016122585 B4 DE102016122585 B4 DE 102016122585B4 DE 102016122585 A DE102016122585 A DE 102016122585A DE 102016122585 B4 DE102016122585 B4 DE 102016122585B4
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Abstract

Drehsteller (1) aufweisend: ein Gehäuse (3a, 3b), einen drehbeweglich um eine Drehachse (A) am Gehäuse (3a, 3b) gelagerten Drehknopf (2); eine optische Detektionseinrichtung (4, 5) zur Detektion einer Drehstellung des Drehknopfes (2) und eine sich synchron mit dem Drehknopf (2) bewegende Codierblende (9), wobei die Detektionseinrichtung (4, 5) einen optischen Sender (4) und ein Array (5) aus optischen Empfängern aufweist und wobei Codierblende (9) und Detektionseinrichtung (4, 5) ausgelegt sind, die Drehstellung des Drehknopfes (2) anhand der Anzahl der vom Sender (4) belichteten Empfänger des Arrays (5) und/oder anhand einer Beleuchtungsstärke einer oder mehrerer Empfänger des Arrays (5) zu detektieren, wobei der Drehsteller (1) ferner einen im Strahlenverlauf zwischen dem Sender (4) und den Empfänger (5) angeordneten sich synchron mit dem Drehknopf (2) bewegenden Lichtleiter (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (10) zumindest in seinem zwischen dem Empfänger (4) und dem Array (5) sich erstreckenden Abschnitt als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet ist und um seine Rotationssymmetrieachse drehbeweglich gelagert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Drehsteller mit optischer Drehstellungsdetektion. Eingabegeräte, insbesondere Drehsteller, mit berührungslos arbeitender, optischer Stellungsdetektion sind weitläufig bekannt. Beispielsweise sind bei üblichen optisch detektierenden Drehstellern eine oder mehrere Lichtschranken in Gabelbauweise vorgesehen, deren Strahlengang stellungsabhängig durch eine sich synchron mit dem Drehknopf drehende Blende unterbrochen wird, um so Stellung und/oder Drehrichtung des Drehknopfes zu detektieren.
  • Die DE 10 2004 020 827 A1 offenbart Drehsteller mit einem Sender und einem Array sich in Umfangsrichtung verteilender Empfänger, die aufeinander ausgerichtet sind. Es ist kein Lichtleiter zwischen Empfänger und Sender vorgesehen.
  • Die DE 10 2008 017 069 A1 offenbart einen Drehsteller mit einem Array von Sendern und genau einem Empfänger, wobei das Licht der Sender über einen ruhenden Lichtleiter durch einen sich synchron mit dem Drehknopf bewegenden Codierring auf einen Empfänger geleitet wird, um anhand der Beleuchtungsstärke und der Codierung eine Stellung detektieren zu können. Die gezeigte Ausführungsform ist vergleichsweise voluminös.
  • Grundsätzlich besteht Bedarf nach einer sehr genauen Stellungsdetektion, wobei auf die Verschleißfreiheit der optischen Detektion nicht verzichtet werden soll.
  • Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für einen Drehsteller als ein Eingabegerät mit im Vergleich verbessert hochauflösender, berührungslos arbeitender Stellungsdetektion, welcher insbesondere bauraumsparend und kostengünstig hergestellt werden kann und dessen Funktionssicherheit verbessert dauerhaft sichergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Drehsteller gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Verwendungsanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen 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.
  • Die Erfindung betrifft einen Drehsteller, welcher ein Gehäuse und einen drehbeweglich um eine Drehachse am Gehäuse gelagerten Drehknopf aufweist. Der Begriff Drehknopf ist nicht einschränkend zu verstehen und es soll sich erfindungsgemäß um ein mindestens eine Dreheingabe möglich machendes, beliebig ausgestaltetes Betätigungsteil handeln.
  • Erfindungsgemäß sind ferner eine optische Detektionseinrichtung zur Detektion einer Drehstellung des Drehknopfes und eine sich synchron mit dem Drehknopf bewegende Codierblende vorgesehen. Erfindungsgemäß weist die Detektionseinrichtung wenigstens einen, bevorzugt genau einen, optischen Sender, beispielsweise eine Leuchtdiode in SMD-Bauweise, und ein Array aus optischen Empfängern auf. Bevorzugt sind die optischen Empfänger in einer Baugruppe zusammengefasst. Beispielsweise handelt es sich bei dem Array um ein einzeiliges Array, wie einen einzeiligen Bildsensor in CCD-Bauweise. Erfindungsgemäß sin die Codierblende und die Detektionseinrichtung ausgelegt, die Drehstellung des Drehknopfes anhand der Anzahl der vom Sender belichteten Empfänger des Arrays und/oder anhand einer Beleuchtungsstärke einer oder mehrerer Empfänger des Arrays zu detektieren. Beispielsweise wird eine Kombination aus beiden Detektionsmöglichkeiten genutzt, um eine möglichst feine Stellungsdetektion mit einem Auflösungsvermögen zu ermöglichen, welches über das hinausgeht, was lediglich durch die Anzahl der Empfänger bestimmt ist. Der erfindungsgemäße Drehsteller weist ferner einen im Strahlenverlauf zwischen dem Sender und den Empfängern des Arrays angeordneten, sich synchron mit dem Drehknopf bewegenden Lichtleiter auf, um so auf einen „Sichtkontakt“ zwischen dem Empfänger und der Vielzahl von Empfängern verzichten zu können. Dadurch wird die Detektion störunanfälliger.
  • Der Lichtleiter kann so ausgebildet sein, dass er eine Lichtumlenkung vornimmt. Beispielsweise sind die Empfänger und der Sender so angeordnet, dass der kürzeste Strahlengang jeweils zwischen dem Sender und einem Empfänger des Arrays für alle Empfänger eine Umlenkung von insgesamt 180 ° erfährt, beispielsweise jeweils zwei Umlenkungen um 90°.
  • Der Lichtleiter ist erfindungsgemäß zumindest in seinem zwischen dem Empfänger und dem Array sich erstreckenden Abschnitt als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet und um seine Rotationssymmetrieachse drehbeweglich gelagert. Bevorzugt ist der Lichtleiter insgesamt als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet. Durch die zumindest in dem vorgenannten Abschnitt vorgesehene rotationssymmetrische Ausbildung wird ein weitgehend stellungsunabhängiger konformer Lichtdurchgang erreicht, so dass neben der Stellungsdetektion ansonsten notwendige Kalibriervorgänge zum Ermitteln der Stellung aus den gemessenen Beleuchtungsstärken entweder ganz entfallen können oder auf ein Mindestmaß reduziert werden können. Dabei soll auf den Außenumfang des besagten Abschnitts abgestellt werden. Erfindungsgemäß können geringfügige, einer strengen Rotationssymmetrie nicht entsprechende Abweichungen, beispielsweise Rastmittel als Befestigungsmittel, beispielsweise Rastnasen zur Verbindung mit der zuvor erwähnten Codierblende im besagten Abschnitt vorgesehen sein. Beispielsweise weist der Lichtleiter in dem Abschnitt einen zylindrischen Außenumfang auf. Beispielsweise wird das Licht des Senders über eine erste zylindrische Mantelfläche in den Lichtleiter eingekoppelt und über eine zweite zylindrische, zur vorgenannten ersten Mantelfläche an in Axialrichtung versetzt angeordneter Stelle aus der zweiten Mantelfläche in Richtung der Empfänger ausgekoppelt. Beispielsweise ist die erste zylindrische Mantelfläche zusätzlich in radialer Richtung versetzt zur zweiten zylindrischen Mantelfläche ausgebildet.
  • Zur Einsparung von Bauraum sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Drehknopf und der Lichtleiter koaxial angeordnet.
  • Gemäß einer Bevorzugten Ausgestaltung bildet der Lichtleiter einen Achsabschnitt der Drehachse des Betätigungsteils aus. Bevorzugt ist der den Lichtleiter definierende Achsabschnitt am Gehäuse abgestützt, um eine die Lichtübertragung beeinflussende Taumelbewegung des Lichtleiters zu vermeiden.
  • Bevorzugt bildet ein Endabschnitt des Lichtleiters mit dem Gehäuse eine Spitzenlagerung aus. Dadurch ist eine selbstzentrierende Lagerung des Lichtleiters ermöglicht, um einen stellungsunabhängigen, d.h. über die verschiedenen Stellungen des Drehstellers gleichmäßigen Lichtübergang vom Sender zu den Empfängern zu erreichen. Beispielsweise weist das Gehäuse einen kegelförmigen Dornfortsatz auf, der in eine kegelförmige Vertiefung des Lichtleiters eingreift.
  • Bevorzugt ist ein weiterer, bevorzugt ein die Verbindung mit dem Drehknopf herstellender Achsabschnitt der Drehachse mit dem Lichtleiter durch eine Steckverbindung verbunden. Beispielsweise sind diese durch Formschluss miteinander verbunden.
  • Bevorzugt ist das Array durch eine sich in Drehachsenrichtung erstreckende einzeilige Anordnung definiert. Bevorzugt ist der Empfänger in Erstreckungsrichtung versetzt zu dem Array angeordnet, was die Aufbringung von Sender und Empfängern des Arrays auf einer gemeinsamen Leiterplatte ermöglicht und Bauraum einspart.
  • Bevorzugt sind der Lichtleiter und das Array so angeordnet, dass eine Untermenge der Empfänger unabhängig von der Stellung der Codierblende Licht des Empfängers empfangen kann, weil beispielsweise der Lichtleiter und das Array die Codierblende überragen. Dadurch kann eine Funktionsüberwachung betreffend den Sender oder eine Kalibrierung betreffend seine Sendeleistung durchgeführt werden, um beispielsweise Alterungserscheinungen, wie eine mit zunehmender Betriebsdauer abnehmende Sendeleistung des Senders oder eine sich verringernde Empfindlichkeit der Empfänger, entgegenzuwirken.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Rasteinrichtung vorgesehen, um den Drehsteller in vorgegebenen Raststellungen festzulegen, beispielsweise eine Rastkontur und ein mit der Rastkontur in elastisch vorgespannten Eingriff stehendes Rastelement, wie eine Rastfeder. Bevorzugt ist die Rastkontur an der Codierblende ausgebildet, in die ein gehäuseseitiges Rastelement eingreift, um so eine zwischen jeweiliger Rastposition und Codierblendenstellung versatzfreie Zuordnung zu erhalten.
  • Zur Einsparung von Bauraum ist die Codierblende als ein den Lichtleiter umgebender Ring ausgebildet, der bevorzugt an seiner Stirnseite eine Codierkontur, wie eine Sägezahnkontur, ausbildet. Bevorzugt stützt sich die ringförmige Codierblende an einer den Lichtleiter umlaufenden Auskragung ab. Beispielsweise definiert die Auskragung die zuvor erwähnte erste, zylindrische Mantelfläche.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Drehstellers in einer seiner zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
    • 1 eine vertikale schematische Schnittansicht durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehstellers;
    • 2 eine schematische Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehstellers;
    • 3 eine schematische Detailansicht des erfindungsgemäßen Drehstellers aus 1.
  • 1 zeigte eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehstellers 1. Diese weist ein zweiteiliges Gehäuse mit den Gehäuseteilen 3a und 3b auf. Die beiden Gehäuseteile 3a und 3b sind durch Rastmittel wechselseitig festgelegt. Der Drehsteller 1 weist einen Drehknopf 2 auf, der über eine ersten Achsabschnitt 14 aus opakem Kunststoffmaterial und einem zweiten Achsabschnitt aus transparentem Kunststoffmaterial, der einen Lichtleiter 10 ausbildet, drehbeweglich um eine Achse A am Gehäuse 3a, 3b gelagert ist. Der erste Achsabschnitt 14 stützt sich über eine Auskragung 18 am Gehäuse ab. Der erste Achsabschnitt 14 und der als zweiter Achsabschnitt fungierende Lichtleiter 10 sind über eine formschlüssig Steckverbindung miteinander verbunden und definieren die Drehachse A des Drehknopfes 2. Der Lichtleiter 10 ist als um die Drehachse A als Rotationssymmetrieachse rotationssymmetrisch ausgebildet und weist an seinem dem Drehknopf 2 abgewandten Ende eine kegelförmige Ausnehmung 11 auf, in die ein gehäuseseitiger Dorn 12 eingreift, um so eine selbstzentrierende Spitzenlagerung des Drehknopfes 2 und des Lichtleiters 10 zu bewirken. Mit dem Lichtleiter 10 ist über Rastelemente ein Codierring 9 drehfest verbunden. Der Codierring 9 weist an seinem Außenumfang eine Rastkontur 8 auf, in die eine als Rastelement 7 vorgesehene Rastfeder elastisch vorgespannt eingreift, um den Drehknopf 2 an vorgegebenen Stellungen rastend festzulegen und um bei der Drehbetätigung des Drehknopfes 2 eine Rasthaptik zu erzeugen. Der prinzipielle Aufbau wird anhand der Explosionsdarstellung der 2 deutlich. Die Drehstellungsdetektion wird anhand der 3 verdeutlicht. In den Lichtleiter 10 wird Licht eines auf einer Leiterplatte 7 angeordneten optischen Senders 4 über den Außenumfang des im Wesentlichen zylindrischen Lichtleiters 10, genauer über eine erste zylindrische Mantelfläche 13 des Lichtleiters 10 eingekoppelt, um sich im Lichtleiter 10 auszubreiten und an in Axialrichtung A versetzter Stelle über eine zweite zylindrische Mantelfläche des Lichtleiters 10 auszutreten und von einem Array 5 von optischen Empfängern, hier einem einzeiligen sich parallel zur Drehachse erstreckenden, zu einer Baugruppe vereinten Array 5, empfangen zu werden. Sender 4 und Empfänger 5 ruhen, während der Lichtleiter 10 bei der Drehbetätigung über der Detektionseinrichtung aus Sender 4 und Empfänger 5 rotiert. Die erste Mantelfläche 13 ist gegenüber der zweiten Mantelfläche 19 nach außen versetzt und bildet einen Anlageflansch für die ringförmige Codierblende 9 aus.
  • Aufgrund seiner selbstzentrierenden Lagerung und der Rotationssymmetrie ist der Lichtdurchgang durch den Lichtleiter 10 weitgehend unabhängig von der Stellung des Drehknopfes 2, wohingegen zur Stellungsdetektion das aus dem Lichtleiter 10 austretende Licht durch die im Codierring 9 ausgebildete sägezahnartige Codierkontur 16 stellungsabhängig ausgeblendet bzw. durchgelassen wird, so dass eine Stellungsdetektion anhand der Anzahl der belichteten Empfänger des Arrays 5 und anhand der dabei erreichten Beleuchtungsstärke möglich ist.
  • Wie aus 3 zu erkennen, weist die sägezahnförmige Codierkontur 16 eine 90° Periodizität auf. Der Sender 4 und das Array 5 von Empfängern sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte 6 angeordnet und sind entlang einer zur Drehachse A parallelen Richtung angeordnet. Wie 3 ferner zeigt, überragen der Lichtleiter 10 und das Array 5 die ringförmige Codierblende 9. Obwohl eine Kalibrierung prinzipiell aufgrund der hohen Symmetrie und der präzisen, weil selbstzentrierenden, Lagerung des Lichtleiters 10 entbehrlich ist, kann das aus dem überstehenden Teil 17 des Lichtleiters 10 an den überstehenden Teil des Arrays 5 nicht ausgeblendete und übertragene Licht neben der Funktion einer reinen Funktionsüberwachung auch zur Kalibrierung herangezogen werden, um beispielsweise Alterungserscheinungen von Sender 4 und Empfängern 5 zu kompensieren.

Claims (10)

  1. Drehsteller (1) aufweisend: ein Gehäuse (3a, 3b), einen drehbeweglich um eine Drehachse (A) am Gehäuse (3a, 3b) gelagerten Drehknopf (2); eine optische Detektionseinrichtung (4, 5) zur Detektion einer Drehstellung des Drehknopfes (2) und eine sich synchron mit dem Drehknopf (2) bewegende Codierblende (9), wobei die Detektionseinrichtung (4, 5) einen optischen Sender (4) und ein Array (5) aus optischen Empfängern aufweist und wobei Codierblende (9) und Detektionseinrichtung (4, 5) ausgelegt sind, die Drehstellung des Drehknopfes (2) anhand der Anzahl der vom Sender (4) belichteten Empfänger des Arrays (5) und/oder anhand einer Beleuchtungsstärke einer oder mehrerer Empfänger des Arrays (5) zu detektieren, wobei der Drehsteller (1) ferner einen im Strahlenverlauf zwischen dem Sender (4) und den Empfänger (5) angeordneten sich synchron mit dem Drehknopf (2) bewegenden Lichtleiter (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (10) zumindest in seinem zwischen dem Empfänger (4) und dem Array (5) sich erstreckenden Abschnitt als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet ist und um seine Rotationssymmetrieachse drehbeweglich gelagert ist.
  2. Drehsteller (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Drehknopf (2) und der Lichtleiter (10) koaxial angeordnet sind.
  3. Drehsteller (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (10) einen Achsabschnitt der Drehachse (A) des Drehknopfs (2) ausbildet.
  4. Drehsteller (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Endabschnitt des Lichtleiters (10) mit dem Gehäuse (3b) eine Spitzenlagerung ausbildet.
  5. Drehsteller (1) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei ein weiterer Achsabschnitt der Drehachse (A) mit dem Lichtleiter (10) durch eine Steckverbindung verbunden ist.
  6. Drehsteller (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Array (5) durch eine sich in Drehachsenrichtung erstreckende einzeilige Anordnung definiert ist.
  7. Drehsteller (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (10) und das Array (5) so angeordnet sind, dass eine Untermenge der Empfänger unabhängig von der Stellung der Codierblende (9) Licht des Empfängers (4) empfangen.
  8. Drehsteller (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Codierblende (9) eine Rastkontur (8) aufweist, in die ein gehäuseseitiges Rastelement (7) eingreift.
  9. Drehsteller (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Codierblende (9) als ein den Lichtleiter (10) umgebender Ring ausgebildet ist, und an seiner Stirnseite eine Codierkontur (16), wie eine Sägezahnkontur, ausbildet.
  10. Verwendung des Drehstellers (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug.
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