Beschreibung Bedienvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung zur manuellen Eingabe von Informationen in ein Gerät, mit einem Steliglied, dessen Stellung unter Einwirkung einer Betätigungskraft veränderbar ist und das mit einem Wandler zur Erzeugung von elektrischen Signalen verbunden ist, die die Stellung des Steligliedes kennzeichnen und mit einem mit dem Stellglied verbundenen Motorelement, das unter Steuerung der elektrischen Signale eine Kraft auf das Stellglied ausübt, wobei die Größe und Richtung der Kraft von der Stellung des Steligliedes und/oder der einzugebenden In- formation abhängig ist. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das Steliglied über eine Welle mit einem Wandler in Form eines Inkremental- gebers und über eine weitere Welle mit einem Motor zu verbinden.

Nachteilig hierbei ist es, daß diese Bauform wegen des zusatzlichen In- krementalgebers einen großen Platz-bzw. Raumbedarf aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine entsprechende Bedienvorrichtung mit haptischer Rückmeldung anzugeben, die nur wenig Platz bzw. Raum er- fordert. Dieser Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wandler aus dem Rotor des Motorelementes und Sensoren besteht, die in Abhängigkeit der Stellung des Rotors jeweils ein elektrisches Signal abgeben. Der Rotor des Motorelementes erfüllt also noch die zusätzliche Funktion eines Win- kelgebers des Wandlers. Die Erfindung bringt somit den Vorteil, daß für den Wandler nur die zusätzlichen Sensoren erforderlich sind. Ein als dia- metral magnetisierte Scheibe ausgestalteter Rotor bringt eine einfache und preiswerte Lösung für den Rotor. In Verbindung mit mindestens zwei Hallsensoren läßt sich aus den Spannungen, die das Magneffeld der dia- metral magnetisierten Scheibe in den Hallsensoren hervorruft, der genaue Drehwinkel im Bereich von 360° ermitteln. Hierzu reichen zwei Hallsenso- ren vollständig aus.

Sofern die beiden Hallsensoren im gleichen radialen Abstand um 90° in Drehrichtung versetzt angeordnet sind, läßt sich die Stellung des Rotors besonders einfach berechnen.

Durch Verwendung eines Kreuzspulenpaars la (3t sich das Motorelement sehr kompakt aufbauen. Weiterhin iäßt sich durch jeweils unterschiedliche Ansteuerungen der beiden Spulen jede gewünschte Drehmomentcharak- teristik bei jedem gewünschten Winkel erreichen. Die Drehmomentcha- rakteristik und der Winkel sind also durch eine Veränderung der Ansteue- rung entsprechend beliebig verstellbar. Die gewünschten Momentenkenn- linien sind in einem Speicher abgelegt und aus diesem auslesbar. So können je nach dem, welche Daten eingelesen werden, verschiedene Drehmomente erzeugt werden. So können z. B. bei der Verstellung der Lautstärke durch entsprechenden Momentenverlauf Raststellungen nach- gebildet werden, während bei der Verstellung der Lautstärke von einzel- nen Lautsprechern eines Gerätes (Balance, Fader) eine geschwindig- keitsproportionale Reibung nachgebildet wird, die der die Bedienvorrich- tung benutzenden Person das Gefühl des Verstellens eines Potentiome- ters vermittelt.

Durch die Verwendung eines Wickelkörpers, auf den die Spulen aufge- wickelt sind, la ßt sich das Motorelement mit den Spulen einfach und ro- bust herstellen. Dadurch, daß der Wickelkörper den Rotor vollständig ein- schließt, wird verhindert, daß der Motor verschmutzt.

Durch Verwendung eines Getriebes zwischen dem Motorelement und dem Steliglied faßt sich das auf das Stellglied wirkende Drehmoment er- höhen. Die Ausgestaltung des Stellgliedes als Stellknopf ist gut mit der Hand bedienbar.

Besonders einfach sind die Sensoren zu montieren, wenn sie auf einer Leiterplatte angeordnet sind, die unterhalb der Spule und/oder des Wik- kelkörpers montiert ist.

Durch das Umschließen der Unterseite und weitgehend auch der Seiten der Bedienvorrichtung mit einem Rückschlußtopf wird ein zusätzlicher Schutz vor Verunreinigung erreicht. Die Verwendung von weichmagneti- schem Material mit einer hohen Hysterese bringt zum Einen eine Ab- schirmung von Störungen in Form von elektromagnetischen Feldern, die innerhalb der Bedienvorrichtung entstehen und sonst nach außen dringen würden als auch von Feldern, die sonst von außerhalb auf die Bedienvor- richtung einwirken würden. Eine hohe Hysterese vereinfacht durch eine hohe Dämpfung des magnetischen Kreises auch die Regelung. Weiterhin ist ein solches Material wie z. B. St 37 besonders preisgünstig. Zusätzlich hebt ein Rückschlußtopf aus weichmagnetischem Material den Ar- beitspunkt des Magneten an und erhöht so dessen Wirkungsgrad.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren für besonders bevor- zugte Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen : Figur 1 den Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Figur 2 den Schnitt A-A aus Figur 1, Figur 3 den Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, Figur 4 den Schnitt B-B aus Figur 3, Figur 5 den Verlauf von Signalen, die zwei Hallsensoren liefern, Figur 6 mögliche Drehmomentverläufe, die mit der Bedienvorrichtung erzeugt werden können. Die Bedienvorrichtung in Figur 1 weist ein Stellglied in Form eines Dreh- knopfes 1 auf, der über eine Welle 2 mit einem Rotor 3 in Form einer dia- metral magnetisierten Scheibe verbunden ist. Der Rotor 3 wirkt mit den in den Spulen 4,5 erzeugten Feldern zusammen und erzeugt so eine Dreh- bewegung oder ein Drehmoment. Die Spulen 4,5 sind jeweils in zwei Hälften aufgeteilt und auf einen Wickelkörper, bestehend aus einem Wik- kelkörperoberteil 6 und einem Wickelkörperunterteil 7, aufgewickelt. Der Wickelkörper 6,7 ist so ausgestaltet, daß der Rotor 3 vollständig einge- schlossen ist. Auf einer Leiterplatte 8 sind Hallsensoren 9,10 derart an- gebracht, daß sie im gleichen radialen Abstand von der Drehachse des Rotors 3 um 90° versetzt angeordnet sind. Aus den Spannungen, die durch das Magneffeld des Rotors 3 in den Hallsensoren 9,10 erzeugt werden, wird in der Auswerteeinrichtung 11 der Drehwinkel des Rotors 3 und damit auch des Drehknopfes 1 berechnet. In der Vorrichtung 12 wer- den dann die Spannungen erzeugt, die an den Spulen 4,5 erforderlich sind, um die gewünschten Drehmomente durch das Zusammenwirken des Rotors 3 mit dem Strom durch die Spulen 4,5 zu erzeugen. Dies ge- schieht in Abhängigkeit des errechneten Drehwinkels und/oder der anzu- gebenden Information.

Ein Rückschlußtopf 13 umschließt den Wickelkörper 6,7 an seiner Unter- seite und weitgehend an seinen Seiten. In dem aus der Unterseite des Wickelkörperunterteils 7 und dem Rückschlußtopf 13 gebildeten Raum ist auch die Leiterplatte 8 mit den Hallsensoren 9,10, der Auswerteeinrich- tung 11 und der Vorrichtung 12 untergebracht.

In Figur 2 ist die Lage der Hallsensoren 9,10 und der Spulen 4,5 näher dargestellt. Man erkennt, daß die Hallsensoren 9,10 den gleichen radia- len Abstand von der Welle 2 und damit der Drehachse des in Figur 2 nicht dargestellten Rotors 3 aufweisen und daß sie um 90° versetzt angeordnet sind. Die Spulen 4,5 sind über vier Kontaktstifte 14 und nicht dargestellte Leiterbahnen auf der Leiterplatte 8 mit der Vorrichtung 12 elektrisch ver- bunden.

Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterschei- det sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel hauptsächlich dadurch, daß der Drehknopf 1 nicht direkt auf der Welle 2, sondern auf einem Stellschaft 17 angeordnet ist, der über ein Getriebe, bestehend aus dem Zahnrad 15 und dem Ritzel 16, mit der Welle 2 verbunden ist, wobei das Ritzel 16 auf der Welle 2 sitzt. Der Stellschaft 17 weist weiterhin die Besonderheit auf, daß er zusammen mit dem Drehknopf 1 in axialer Richtung gegen die Kraft einer Druckfeder 18 bewegbar ist und dadurch ein Taster 19 betätigbar ist. Die übrigen Bauteile stimmen mit den Bautei- len des Ausführungsbeispiels aus den Figuren 1 und 2 überein. Durch das Getriebe, bestehend aus dem Zahnrad 15 und dem Ritzel 16, wird das an dem Drehknopf 1 anliegende Drehmoment erhöht. Durch den Taster 19 kann z. B. ein Menü-Punkt durch Drücken ausgewählt werden, wenn die Bedienvorrichtung die Funktion hat, durch Drehen des Drehknopfes 1 ver- schiedene Menü-Punkte anzuzeigen und bei einer Aufeinanderfolge von einzelnen Menü-Punkten den angezeigten Menü-Punkt auszuwählen oder bei gleichzeitiger Anzeige mehrerer Menü-Punkte einen hervorgehobenen Menü-Punkt auszuwählen, wobei durch Drehen des Drehknopfes 1 auch andere angezeigte Menü-Punkte nacheinander hervorhebbar sind.

In Figur 5 sind Spannungen 20,21 dargestellt, die die Hallsensoren 9,10 in Abhängigkeit der Stellung des Rotors 3 liefern. Man erkennt, daß mit den bei einer Stellung des Rotors 3 gemessenen Spannungen 20,21 die Stellung des Rotors eindeutig bestimmt werden kann.

In Figur 6 sind mögliche Drehmomentverläufe dargestellt, die mit der er- findungsgemäßen Bedienvorrichtung realisiert werden können.

In Figur 6a ist ein Verlauf des Drehmomentes Md des Motorelements als Funktion des Drehwinkels a dargestellt, der Rastpunkte A, B, C nachbil- det. Wird von diesen Rastpunkten ausgehend der Winkel a manuell ver- größert, so wird ein positives Drehmoment Md erzeugt, das entgegenge- setzt zur Betätigungskraft gerichtet und bestrebt ist, den Winkel a zu ver- kleinern. Überwindet der Bediener durch entsprechenden Kraftaufwand einen der Punkte D, E, so kehrt das im Motorelement erzeugte Drehmo- ment Md seine Richtung um, so daß der Drehknopf auch ohne äußeren Kraftaufwand auf den folgenden Rastpunkt B, C bewegt wird, also einra- stet. Entsprechendes gilt für die manuelle Bewegung in entgegengesetz- ter Richtung. Ein derartiger Drehmomentverlauf kann z. B. erzeugt werden, wenn mit der Bedienvorrichtung die Lautstärkeregelung eines Audiogerä- tes vorgenommen werden soll.

In Figur 6b ist ein Drehmomentverlauf dargestellt, der federnde Anschläge an den Enden des Einstellbereichs nachbildet. Ein derartiger Drehmo- mentverlauf ist z. B. vorteilhaft einsetzbar, wenn mit der Bedienvorrichtung die Frequenz eines Rundfunkempfängers eingestellt werden soll.

In Figur 6c sind ebenfalls Rastpunkte I, K, L, M nachgebildet. Hierbei ist im Unterschied zu Figur 6a der Rastpunkt M vom Rastpunkt L nur erreich- bar, wenn eine besonders große manuelle Kraft aufgewendet wird, um das hohe Drehmoment zu überwinden. Ein solcher Verlauf ist vorteilhaf- terweise dann einsetzbar, wenn mit der Bedienvorrichtung verschiedene Menü-Punkte auswählbar sein sollen und der Menü-Punkt, der der Rast- stellung M entspricht, nur in bestimmten Fällen ausgewähit werden soll und der Bediener durch die hohe aufzuwendende Kraft darauf hingewie- sen werden soll.

Die Drehmomentkurve kann auch so ausgestaltet werden, daß das Motor- element beim Überschreiten eines bestimmten Winkels a den Drehknopf mit einer konstanten oder variablen Geschwindigkeit weiterdreht. Weiter- hin kann das Motorelement den Drehknopf zwischen zwei Winkeln hin- und herbewegen, so daß sich für den Benutzer ein Rüttelempfinden er- gibt.