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DE4306577C2 - Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel - Google Patents

Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel

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DE4306577C2
DE4306577C2 DE4306577A DE4306577A DE4306577C2 DE 4306577 C2 DE4306577 C2 DE 4306577C2 DE 4306577 A DE4306577 A DE 4306577A DE 4306577 A DE4306577 A DE 4306577A DE 4306577 C2 DE4306577 C2 DE 4306577C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Handsteuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Handsteuergeräte sind ein aus vielen Anwendungsgebieten bekanntes Steuerglied; am bekanntesten dürfte es durch die Bedienung von Computern sein (hier als "Joystick" bezeichnet), es wird aber auch ebenfalls zum Steuern und Lenken, insbesondere Fernsteuern von realen Körpern eingesetzt, wie z. B. Kränen, Hebezeugen, usw.
Das Handsteuergerät weist einen Steuerknüppel als einziges Betäti­ gungsorgan auf, das in zwei unabhängige Richtungen beweglich ist und dessen Bewegung in jeder einzelnen Hauptrichtung (x oder y) auf ein Übertragungsglied wirkt. Zwei Übertragungsglieder sind folglich Bestandteile von Wandlereinrichtungen, die die Auslenkung des Steuerknüppels in ein elektrisches Signal umsetzen; hierbei wird das Handsteuergerät als proportio­ nales Stellglied verwendet, bei dem die elektrischen Ausgangs­ signale in beiden Hauptrichtungen proportional zur jeweiligen Aus­ lenkung des Steuerknüppels in der zugehörigen Hauptrichtung sind.
Um eine solche Verschwenkung des Steuerknüppels zu erreichen, muß dieser in einem Gehäuse verschwenkbar gelagert und gehalten sein; es muß einerseits eine ausreichende Auslenkung (Auslenkewinkel) gewähr­ leistet sein, andererseits aber eine möglichst präzise Definition einer Nullstellung, d. h. eines Raumpunktes, in dem die Wandlerein­ richtungen kein elektrisches Signal abgeben.
Es sind eine Vielzahl von Rasteinrichtungen in verschiedenen kon­ struktiven Varianten bekannt, bei denen in der Regel eine Wechsel­ wirkung mit dem unteren Ende des Steuerknüppels besteht, derart, daß die Spitze des Steuerknüppels bei ihrer Auslenkbewegung auf unter­ schiedlichen Widerstand stößt, was sich dem Benutzer dann durch entsprechende Stellinformation mitteilt.
Die EP 0 459 183 A1 zeigt ein solches Beispiel: hier weist das Formteil eine umlaufende Absenkung auf, die ein Einrasten des Steuerknüppels bei Überschreitung eines maximalen Auslenkungs­ winkels bewirkt.
Außerdem weist diese Druckschrift eine aufwendige Formgebung des Gehäuses auf in Form eines Trichters, in dem ein federbeauf­ schlagtes Kontaktteil bei Verschwenkung des Steuerknüppels glei­ tet. Die Formgebung des Trichters soll bewirken, daß die Bedie­ nungsperson "ein gutes Gefühl für die Größe der Auslenkung" be­ kommt. Der bauliche Aufwand zur Erzeugung dieser stetig verän­ derlichen Auslenk-Information ist erheblich.
Bei dem Einsatz des Handsteuergerätes ist es oft wünschenswert, bei der Auslenkung des Steuerknüppels einen Rasteffekt zu erzielen, ähnlich wie beispielsweise bei einem als Regler vorgesehenen Potentiometer, bei dem eine gewisse Anzahl von vorgegebenen Raststellungen dem Benutzer eine zusätzliche Information über die jeweilige Stellposition des Stellgliedes vermittelt. Insbesondere bei Handsteuergeräten, wie sie zur Fernsteuerung beispielsweise von Kränen oder ähnlichem eingesetzt werden, ist eine solche zusätzliche Information, die über die Empfindung der Hand vermittelt wird, von besonderer Bedeutung, da der Blick der Bedie­ nerperson auch schon aus Sicherheitsgründen in der Regel auf das fernzubedienende Gerät gerichtet sein muß und somit beispielsweise optische Anzeigen am Handsteuergerät die Aufmerksamkeit des Bedieners nur ablenken würden.
Meistens sind auch für derartige Rasteinrichtungen separate Bauteile vorgesehen, die mehr oder weniger aufwendig konstruiert sind und separat in das Gehäuse des Handsteuergerätes eingepaßt werden müssen, wobei auch eine erhebliche Justierarbeit anfällt; insgesamt stellen derartige Rasteinrichtungen dann ebenfalls einen Kostenfaktor bei Hand­ steuergeräten dar, der möglichst gering sein sollte.
Es sind auch Mehrfachschalter bekannt geworden (DE-AS 12 17 481), bei denen eine Wechselwirkung zwischen dem Stößel eines Schalt­ knüppels und napfartigen Vertiefungen in einem kugelabschnitt­ förmigen Formteil ausgebildet ist; jede Vertiefung führt zur Er­ zeugung eines Schaltkontaktes, wenn die Spitze des Stößels in diese eingreift. Hier können auch vertiefte Führungsbahnen zwi­ schen diesen Schaltpunkten vorgesehen sein, um bei einem derar­ tigen "Kugelschalter" ein präzises Umschalten zwischen verschie­ denen Kontakten zu gewährleisten.
Die napfartigen Vertiefungen bei dieser Gerätegattung haben also eine elektro-mechanische Hilfsfunktion, auf die Vermittlung einer Stellinformation an den Benutzer kommt es hier nicht an.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das gattungsgemäße Handsteuer­ gerät so weiterzubilden, daß mit einfachsten Mitteln und mit zuverlässiger Funktion dem Benutzer eine sensorische Stellin­ formation zur Wahrnehmung mehrerer Raststufen vermittelt wird, ohne die auslenkungsproportionalen Signale zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, daß lediglich ein einziges Formteil vorgesehen ist und daß die Rastpositionen und die gewünschte stufige Auslenkcharakteristik einfach dadurch erreicht wird, daß die entsprechend der Innenoberfläche eines Kugelabschnitts ausgeformte Oberfläche des Formteils netz­ artig mit Rastnuten überzogen ist.
Zweckmäßigerweise ist der Außenquerschnitt dabei angepaßt an den Innenquerschnitt des Gehäuses des Handsteuergerätes, so daß ein solches einstückiges Rastein­ richtungs-Formteil auch gleichzeitig den Boden des Gehäuses des Handsteuergerätes bilden kann, mit anderen Worten, für die Rast­ einrichtung als solche sind überhaupt keine separaten Bauteile erforderlich, sondern bei dieser Ausgestaltung wird die Rastwirkung durch eine spezifische Gestaltung des Bodenteils des Gehäuses des Handsteuergerätes erreicht.
Wenn das Formteil dazu noch einen umlaufenden Rand an seiner Unterkante aufweist, wird dadurch auch eine Lagefixierung des Formteils in der Richtung der Längsachse des Gehäuses erreicht, da ein solcher umlaufender Rand dann als Anschlagschulter wirkt, auf dem die Wandung des Gehäuses aufsitzt. Bei einem an den Innenquerschnitt des Gehäuses angepaßten Außenquerschnitt des Formteils einerseits und der erwähnten Randschulter andererseits ist somit eine genaue Positionierung des Formteils im Handsteuergerät erreicht, zusätzliche Justiervorgänge sind nicht erforderlich, die mit den Rastnuten versehene Oberfläche des Formteils befindet sich dann zwangsläufig in genau der Position, die für die Zusammenwirkung mit dem Steuerknüppel einmal vorgegeben und definiert ist.
Die Anzahl der Rastnuten in den beiden Hauptrichtungen (x und y) entspricht dann den vorgegebenen Schaltstufen, wobei die Formgebung des Querschnittes der Rastnuten in Zusammenwirken mit der Gestaltung des unteren Endes des Steuerknüppels die "Schaltcharakteristik" im Sinne einer mehr oder weniger harten oder weichen Stufencharak­ teristik bei der Auslenkung des Steuerknüppels bestimmt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rasteinrichtung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigen
Fig. 1 Eine perspektivische Gesamtansicht eines einen Teil der Rasteinrichtung bildenden Formteils,
Fig. 2 eine schematische Funktionsdarstellung des Form­ teils (Schnitt A-A der Fig. 1) im Zusammenwirken mit dem Steuerknüppel,
Fig. 3 eine Aufsicht auf das Formteil der Fig. 1 mit Bemaßungsbeispielen,
Fig. 4 einen Querschnitt durch das Formteil in der Vertikal­ ebene A-A bzw. B-B der Fig. 3,
Fig. 5 Schnittdarstellung des Details X der Fig. 4, und
Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch ein Handsteuer­ gerät mit dem eingebauten Formteil.
Das Formteil 10 besteht im wesentlichen aus einem plattenförmigen Teil, dessen Querschnitt an den Innen­ querschnitt des Gehäuses 30 des Handsteuergerätes so angepaßt ist, daß es den Boden des Gehäuses 30 bildet, dessen Wandungen dann auf einem umlaufenden Rand 11 aufsitzen. Die obere, d. h. zum Innenraum des Gehäuses 30 zugewandte Fläche dieses Formteils 10 ist entsprechend der Innenoberfläche eines Kugelabschnittes ausgebildet, wobei der Radius der zugehörigen Kugel im wesentlichen dem Radius der Kugeloberfläche entspricht, auf dem sich das Ende des Steuerknüppels 20 bei der Auslenkbewegung bewegt (Radius R in Fig. 2).
Ein solches Formteil 10 kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen (beispielsweise spritzgegossen), es kann jedoch auch aus Keramikwerk­ stoffen oder Metall sein.
Diese ausgeformte Oberfläche ist mit einem Netz oder Gitter von Rastnuten RX, RY überzogen, die in den beiden Hauptrichtungen x und y des Steuerknüppels 20 verlaufen. Im Mittelteil dieser Ober­ fläche entstehen durch diese Rastnuten RX, RY quadratische Teilflächen q, die in Fig. 1 mit einem Punkt auf ihrer Oberseite gekennzeichnet sind. Dieser mittlere, quadratische Bereich wird von einem umlaufenden Randbereich umschlossen, in dem die Rastnuten RX, RY die Oberfläche in rechteckige Teilflächen r unterteilt, deren Längsachse zur Mitte des Formteils 10 hin zeigen.
In den Ecken des Randbereichs geht die entsprechend der Innenoberfläche eines Kugelabschnitts ausgeformte Gestalt der Oberfläche in im wesentlichen dreieckige Endflächen D über, die parallel zur Grundfläche G des Formteils verlaufen, und die beispielsweise den "Rest" der ursprünglich planen Oberfläche des Formteils 10 bilden, vor der Ausformung der der Innenoberfläche eines Kugelabschnitts entsprechenden Oberfläche.
Dieses, den Boden des Gehäuses 30 bildende Formteil 10 stellt somit den einen Teil der Rasteinrichtung dar.
Der andere Teil der Rasteinrichtung befindet sich im Steuerknüppel 20 und besteht aus einem im Steuerknüppel 20 gelagerten und federbe­ aufschlagten Stößel 21, dessen untere Spitze 22 mit den Rastnuten RX, RY zusammenwirkt, wobei dann im Bereich jeder Rastnut infolge der Feder 23 der Stößel in die Nut je nach deren Formgebung und der Formgebung der unteren Spitze 22 mehr oder weniger tief eintaucht und somit ein mehr oder weniger ausgeprägtes "Rastgefühl" bei der Bedienung des Handsteuergerätes hervorruft.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rastnuten hinsicht­ lich ihres Querschnitts im wesentlichen V-förmig (Fig. 5), wobei die Übergangsbereiche abgerundet sind, um eine all zu harte Rastcharak­ teristik zu vermeiden.
Das Formteil 10 kann ohne Schwierigkeiten in das Gehäuse 30 von unten eingeschoben werden und dort beispielsweise mit zwei diagonal gegen­ überliegender Bolzenverbindungen B1, B2 fixiert werden (Fig. 3 und 6).

Claims (5)

1. Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel (20), mit einem Gehäuse (30), in dem der Steuerknüppel um zwei orthogonale Achsen um einen Fixpunkt verschwenkbar in einem Lager gehalten ist, mit Wandlereinrichtungen, die die Auslenkung des Steuerknüppels (20) aus seiner Nullposition in je ein elektrisches, auslenkungspro­ portionales Signal umsetzen, wobei sich dem Benutzer bei der Auslenkbewegung des Steuerknüppels eine entsprechende, auslenkungsabhängige Stellinformation mitteilt, und wobei im unteren Ende des Steuerknüppels (20) ein federbeaufschlagter Stößel (21) gelagert ist, dessen untere Spitze (22) mit der Ober­ fläche eines Formteils (10) zusammenwirkt, die eine im wesent­ lichen entsprechend der Innenoberfläche eines Kugelabschnitts ausgeformte Gestalt hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Erzielung einer stufigen Auslenkcharakteristik vorgesehene Rasteinrichtung das Formteil (10) beinhaltet, dessen mit dem Steuerknüppel (20) zusammenwirkende Oberfläche zumindest über ihren wesentlichen Teil mit entsprechend den beiden Haupt-Auslenkrichtungen (x, y) gitterartig angeordneten Rastnuten (RX, RY) überzogen ist, und daß die Formgebung der unteren Spitze (22) des Stößels (21) und der Rastnuten (RX, RY) sowie die Federcharakteristik der Feder (23) des Stößels (21) derart aufeinander abgestimmt und/oder einstellbar sind, daß die erzeugten Schaltstufen bei der Handhabung wahrnehmbar sind, ohne die Funktion zu beeinträchtigen.
2. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastnuten (RX, RY) im wesentlichen V-förmigen oder halbkreisför­ migen Querschnitt aufweisen.
3. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (22) des Stößels (21) im wesentlichen kugelabschnittartig ausgebildet ist.
4. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mittleren, quadratischen Bereich der Oberfläche das Gitter der Rastnuten (RX, RY) die Oberfläche in quadratische Teilflächen (q) unterteilt, und daß außerhalb dieses mittleren quadratischen Bereichs ein umlaufender Randbereich definiert ist, in dem das Gitter der Rastnuten (RX, RY) die Oberfläche in rechteckige Teilflächen (r) unterteilt, deren Längsachse zur Mitte das Formteils (10) zeigt.
5. Handsteuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ecken des umlaufenden Randbereichs die entsprechend der Innenoberfläche eines Kugelabschnitts ausgeformte Gestalt der Oberfläche in im wesentlichen dreieckige Eckflächen (D) übergeht, die parallel zur Grundfläche (G) des Formteils (10) verlaufen.
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