DE3922071A1 - Mehrweg-schalthebel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrweg-Schalthebel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mehrweg-Schalthebel werden zur manuellen Steuerung von Bewegungsvorgängen in mehreren Richtungen verwendet. Durch Verschwenken des Schalthebels in verschiedene Schaltrichtun­ gen werden durch den Schalthebel jeweils diesen Schaltrich­ tungen zugeordnete Steuerelemente betätigt, die vorzugsweise Bewegungsvorgänge in der jeweiligen zugeordneten Richtung auslösen. Die Steuerelemente können elektrische Schalter, elektronische Näherungsschalter, pneumatische oder hydrauli­ sche Schaltventile oder sonstige Steuerelemente sein, die durch die Schaltachse ein- und ausgeschaltet werden oder ein der Auslenkung der Schaltachse proportionales Steuersignal liefern. Solche Schalthebel können z.B. zur Steuerung der Bewegung von Maschinenteilen, wie Greifern, Armen und dgl. verwendet werden. Insbesondere werden solche Schalthebel auch zur Steuerung bei Spiel- und Unterhaltungsautomaten eingesetzt. In sehr weiterem Umfange werden solche Schalthe­ bel auch als Joysticks in Verbindung mit Personal- und Home-Computern verwendet.

Die Schaltachse des Mehrweg-Schalthebels wird durch eine Rückstellkraft in der Grundstellung gehalten und manuell gegen diese Rückstellkraft in die verschiedenen Schaltrich­ tungen verschwenkt. Die Rückstellkraft ist üblicherweise eine Federkraft (z.B. DE-PS 1 54 980). Aus der DE-PS 32 12 267 ist weiter ein Mehrweg-Schalthebel der eingangs genann­ ten Gattung bekannt, bei welchem die Rückstellkraft perma­ nentmagnetisch erzeugt wird. Hierzu ist auf der Schaltachse eine Führungsscheibe fest angeordnet, die in einem Käfig aufgenommen ist. Der Käfig umschließt die Führungsscheibe in der Weise, daß diese und mit ihr die Schaltachse gegen Querverschiebungen in ihrer Lage gehalten werden, das radia­ le Spiel zwischen Führungsscheibe und Käfig jedoch für ein Verkippen der Führungsscheibe beim Verschwenken der Schalt­ achse ausreicht. Die Führungsscheibe weist einen weichmagne­ tischen Eisenkern auf, der von einem koaxial zur Schaltachse angeordneten ringförmigen Permanentmagneten angezogen wird, um die Schaltachse in der Grundstellung zu halten.

Bei den bekannten Mehrweg-Schalthebeln, insbesondere auch bei dem Mehrweg-Schalthebel gemäß DE-PS 32 12 267 werden die Schaltrichtungen, in welchen die Schaltachse verschwenkt werden kann, durch eine Kulissenscheibe bestimmt. Die Schaltachse tritt senkrecht durch die Kulissenscheibe hin­ durch und ist in Kulissenbahnen der Kulissenscheibe ver­ schwenkbar, damit das Ende der Schaltachse exakt an die zu betätigenden Steuerelemente geführt wird. Die den verschie­ denen Schaltrichtungen zugeordneten Kulissenbahnen gehen alle radial von einer gemeinsamen zentralen Kulissenöffnung aus, die der Grundstellung der Schaltachse entspricht. Beim manuellen Verschwenken der Schaltachse muß diese zunächst in die der gewünschten Schaltrichtung entsprechende Kulissen­ bahn gebracht werden. Erst dann bewirkt die Kulissenscheibe eine exakte Führung der Schaltachse. Wegen der zu Beginn des Schaltvorganges noch ungeführten Schwenkbewegung der Schalt­ achse kann es insbesondere bei einer größeren Anzahl von Kulissenbahnen mit kleinerem Winkelabstand Schwierigkeiten bereiten, die Schaltachse in die gewünschte Kulissenbahn zu führen. Dies kann störende Verzögerungen im Schaltvorgang verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrweg- Schalthebel zu schaffen, bei welchem die Schaltachse von Beginn der Schwenkbewegung an exakt in die gewünschte Schaltrichtung geführt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Mehrweg-Schalthebel der ein­ gangs genannten Gattung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Mehrweg-Schalthebel wird die Schaltachse durch die als Mehreck ausgebildete Führungs­ scheibe und den entsprechend als Mehreck ausgebildeten Käfig in den Schaltrichtungen geführt. Jeder Schaltrichtung der Schaltachse ist eine Seitenkante der Führungsscheibe zuge­ ordnet, die senkrecht zu der Schaltrichtung verläuft. Bei einem Verschwenken der Schaltachse wirkt die der Schaltrich­ tung zugeordnete Seitenkante der Führungsscheibe als Kipp­ achse für die Führungsscheibe und die fest mit dieser ver­ bundene Schaltachse. Die Schaltachse kann nur exakt um diese Seitenkante als Kippachse geschwenkt werden, so daß die gewünschte Schaltrichtung zwangsläufig eingehalten wird. Eine Kulissenscheibe zum Führen der Schaltachse ist nicht notwendig. Der ebenfalls als Mehreck angebildete Käfig hält die mehreckige Führungsscheibe gegen ein Verdrehen um die Schaltachse fest, so daß die Seitenkanten der Führungsschei­ be stets exakt den gegebenen Schaltrichtungen zugeordnet sind. Da die als Kippachsen wirkenden Seitenkanten der Führungsscheibe in der Grundstellung der Schaltachse vor­ zugsweise unmittelbar auf der Grundfläche des Käfigs auflie­ gen, wird die führende Wirkung für die Schwenkbewegung in der vorgegebenen Schaltrichtung sofort bei Beginn der Schaltbewegung wirksam, so daß der Schaltvorgang schnell und mit hoher Präzision durchgeführt werden kann und keine Unsicherheiten zu Beginn der Schwenkbewegung auftreten.

Die Führung der Schaltachse durch die mehreckige Führungs­ scheibe kann bei allen Typen von Mehrweg-Schalthebeln ver­ wendet werden, unabhängig davon, auf welche Weise die Rück­ stellkraft für die Schaltachse erzeugt wird. Wird die Rück­ stellkraft entsprechend der DE-PS 32 12 267 permanentmagne­ tisch bewirkt, so kann die Führungsscheibe gleichzeitig die den weichmagnetischen Eisenkern aufnehmende Scheibe für die Erzeugung der Rückstellkraft sein. Es ergibt sich damit gegenüber dem aus der DE-PS 32 12 267 bekannten Mehrweg- Schalthebel außer der exakteren Führung der Schaltachse zu Beginn der Schwenkbewegung auch ein Vorteil bezüglich der Herstellungskosten, da die Kulissenscheibe zur Führung der Schaltachse entfallen kann.

In einer für die meisten Anwendungsfälle geeigneten Ausfüh­ rung ist der Mehrweg-Schalthebel als Achtweg-Schalthebel ausgebildet, wobei die Führungsscheibe und der Käfig jeweils gleichseitige Achtecke sind, die acht jeweils um 45° im Winkel gegeneinander versetzte Schaltrichtungen festlegen. Für das Betätigen von Bewegungsvorgängen in vier zueinander senkrechten Richtungen sind vier um 90° zueinander angeord­ nete Steuerelemente, z.B. Schalter, vorgesehen. Wird die Schaltachse in eine der diesen Steuerelementen zugeordnete Schaltrichtungen verschwenkt, so wird jeweils das zugeordne­ ten Steuerelement betätigt. Wird die Schaltachse in eine der Schaltrichtungen bewegt, die der Winkelhalbierenden zwischen zwei Steuerelementen entspricht, so betätigt die Schaltachse diese beiden Steuerelemente exakt gleichzeitig, um einen Bewegungsvorgang in Richtung dieser Winkelhalbierenden auszulösen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Mehrweg-Schalt­ hebel und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Führungsscheibe mit abgenommenen Gehäusedeckel.

In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Mehrweg-Schalthebel als Joystick zur Steuerung eines Computers verwendet.

In einem aus einem Gehäuseboden 10 und einem Gehäusedeckel 12 zusammengesetzten Kunststoffgehäuse ist eine Leiterplatte 14 angeordnet, die Leiterbahnen zum Anschluß von vier um 90° gegeneinander versetzt angeordnete Steuerelemente trägt, die als elektrische Schnappschalter 16 ausgebildet sind.

In der oberen Fläche des Gehäusedeckels 12 ist ein Käfig 18 ausgeformt. Der Käfig 18 steht über die obere Oberfläche des Gehäusedeckels 12 in Form eines flachen Zylinders vor, dessen Grundfläche ein gleichseitiges regelmäßiges Achteck ist. Durch eine zentrische Öffnung der Deckfläche 20 des Käfigs 18 ist eine Schaltachse 22 mit radialem Spiel ge­ führt. Die Schaltachse 22 besteht aus einem Metallrohr 24 mit einer Kunststoffumspritzung 26 und ragt mit ihrem unte­ ren Ende zentrisch zwischen die Schnappschalter 16. Auf das aus dem Gehäuse ragende freie Ende der Schaltachse 22 ist ein Kunststoffgriff 28 aufgepreßt.

Innerhalb des Käfigs 18 ist die Kunststoffumspritzung 26 einstückig zu einer Führungsscheibe 30 erweitert. Die Füh­ runqsscheibe 30 weist einen Außenumfang in Form eines gleichseitigen regelmäßigen Achteckes auf, das in dem achteckigen Käfig 18 sitzt. In die Führungsscheibe 30 ist ein weichmagnetischer Eisen­ kern 32 eingespritzt, der aus einem koaxialen Eisenring oder aus einzelnen über den Umfang der Führungsscheibe 30 ver­ teilten Eisenklötzen besteht.

Die innere offene Grundfläche des aus dem Gehäusedeckel 12 ausgeformten Käfigs 18 ist durch einen kreisringförmigen Permanentmagnetkörper 34 verschlossen. Der Permanentmagnet­ körper 34 besteht aus einem ringförmigen Permanentmagneten 42, der mit Kunststoff umspritzt ist. Ein Bund 36 der Kunst­ stoffumspritzung ist über Pfeiler 38 mit dem Gehäusedeckel 12 verschraubt. Die obere Fläche des Permanentmagnetkörpers 34 liegt im wesentlichen in der Ebene der oberen Fläche des Gehäusedeckels 12 und schließt als Grundfläche 40 den Käfig 18 an dessen Unterseite ab.

Die Schaltachse 22 durchsetzt die zentrische Öffnung der Deckfläche 20 des Käfigs 18 und die zentrische Öffnung des Permanentmagnetkörpers 34 mit soviel radialem Spiel, daß die Schaltachse 22 in diesen Öffnungen ausreichend verschwenkt werden kann, um die Schnappschalter 16 zu betätigen. Die Führungsscheibe 30 hat an der Unterkante ihres Außenumfangs gegenüber dem Innenumfang des Käfigs 18 nur ein geringes radiales Spiel, so daß sie in dem Käfig 18 genau gehalten wird und die durch die unteren Seitenkanten gebildeten Kippachsen genau definiert sind. Nach oben ist der Außenum­ fang der Führungsscheibe 30 abgeschrägt, wie in Fig. 2 mit 44 angedeutet ist, so daß die Führungsscheibe 30 die Schwenkbewegungen der Schaltachse 22 mitmachen kann. Ebenso ist die Oberseite der Führungsscheibe 30 gegen den Rand zu abfallend abgeschrägt, so daß zwischen der Oberseite der Führungsscheibe 30 und der Deckfläche 20 des Käfigs 18 genügend Luft für die Kippbewegung der Führungsscheibe 30 beim Schwenken der Schaltachse 22 vorhanden ist. In der in Fig. 1 dargestellten Grundstellung wird die Führungsscheibe 30 mit ihrer zur Schaltachse 22 senkrechten ebenen Unterflä­ che durch die magnetische Kraft vollflächig an der Grundflä­ che 40 des Permanentmagnetkörpers 34 anliegend gehalten. Die Schaltachse 22 befindet sich dadurch axial ausgerichtet in ihrer Grundstellung, in welcher sie keinen der Schnappschal­ ter 16 betätigt. Wird die Schaltachse 22 manuell ver­ schwenkt, so stützt sich die Führungsscheibe 30 sofort bei Beginn der Schwenkbewegung mit ihrer der Schwenkrichtung zugeordneten unteren Seitenkante auf der Grundfläche 40 ab, so daß diese Seitenkante eine genau definierte zur Schwenk­ richtung senkrecht verlaufende Kippachse bildet. Die Schwenkbewegung der Schaltachse 22 wird auf diese Weise von Beginn der Schwenkbewegung an genau in der Schaltrichtung geführt.

Die zwischen dem Permanentmagneten 42 des Permanentmagnet­ körpers 34 und dem Eisenkern 32 der Führungsscheibe 30 liegenden Kunststoffschichten des Permanentkörpers 34 und der Führungsscheibe 30 verhindern ein zu starkes magneti­ sches Haften der Führungsscheibe 30 und gewährleisten eine entsprechend leichtgängige Betätigung des Schalthebels.

Claims (6)

1. Mehrweg-Schalthebel mit einer Schaltachse, die aus ihrer Grundstellung gegen eine Rückstellkraft in mehrere Schaltrichtungen verschwenkbar ist, um mit ihrem Ende Steuerelemente zu betätigen, und mit einer auf der Schaltachse angeordneten Führungsscheibe, die mit Spiel von einem Käfig umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang der Führungsscheibe (30) und der Innenumfang des Käfigs (18) jeweils als Mehreck ausge­ bildet sind, das eine der Anzahl der Schaltrichtungen entsprechende Anzahl von Seitenkanten aufweist, die jeweils senkrecht zu der zugeordneten Schaltrichtung angeordnet sind.

2. Mehrweg-Schalthebel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Käfig (18) durch eine zu der Führungs­ scheibe (30) in deren Grundstellung parallele Grundflä­ che (40) abgeschlossen ist, auf welcher sich die Füh­ rungsscheibe (30) beim Verschwenken der Schaltachse (22) mit ihren Seitenkanten abstützt.

3. Mehrweg-Schalthebel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehreck ein gleichseitiges regelmäßiges Achteck ist und daß vier jeweils unter 90° zueinander angeordnete Steuerelemente (Schnappschalter 16) vorgesehen sind.

4. Mehrweg-Schalthebel nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsscheibe (30) und eine zu dieser parallele von der Schaltachse (22) durchsetzte, den Käfig (18) abschließende Rück­ stellscheibe sich zur Erzeugung der Rückstellkraft permanentmagnetisch anziehen.

5. Mehrweg-Schalthebel nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsscheibe (30) aus weichmagneti­ schen Eisen besteht oder einen weichmagnetischen Eisen­ kern (32) enthält und daß die Rückstellscheibe ein Permanentmagnetkörper (34) ist, der die Grundfläche (40) des Käfigs bildet.

6. Mehrweg-Schalthebel nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsscheibe (30) in der Grundstel­ lung vollflächig bis an ihre Seitenkanten mit der Grund­ fläche (40) in Berührung steht.