DE10128436C1

DE10128436C1 - Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel

Info

Publication number: DE10128436C1
Application number: DE10128436A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bredow; Thomas Burchard; Thomas Haug
Original assignee: Integrated Electronic Systems !SYS Consulting GmbH
Current assignee: Integrated Electronic Systems !SYS Consulting GmbH
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: EP1267241A1; US6624807B2; US20030006963A1

Abstract

Ein Handsteuergerät weist einen Steuerknüppel auf, der mittels eines als Kunststoff-Formteil elastisch ausgebildeten Gelenks in einem Gehäuse um zwei orthogonale Achsen schwenkbar gelagert ist. Das Gelenk weist einen manschettenartig ausgebildeten Mittelbereich auf, der den Steuerknüppel umschließt, sowie einen Randbereich, der ortsfest im Gehäuse befestigt ist. Mittelbereich und Randbereich sind als konzentrisch verlaufende, erste und zweite Zylinder (31, 32) ausgebildet, wobei ein bei der Verschwenkung beanspruchter Verbindungsbereich (33) zwischen den Zylindern (31, 32) kegelstumpfartig ausgebildet ist. DOLLAR A Der erste Teil des Verbindungsbereichs (33A) wird nahezu ausschließlich auf Dehnung beansprucht, also in der Ebene seiner Wandungsausdehnung, wogegen der gegenüberliegende Bereich (33B) eine Art Gelenkfalte ausbildet, in der eine gewisse Materialanhäufung auftritt. Diese Art der Beanspruchung ermöglicht eine lange Standfestigkeit des Gelenks bei gleichzeitig einfacher, sensibler Handhabung. Die bevorzugte Anordnung des Kegelstumpfmantels mit seinem oberen Ende zum oberen Ende des Steuerknüppels (20) hinzeigend, bewirkt einen hohen Widerstand des Steuerknüppels gegen axiale Zugbeanspruchung (Herausziehen aus dem Gehäuse).

Description

Technischer Hintergrund

Handsteuergeräte mit einem Steuerknüppel werden beispielsweise eingesetzt im Bereich der industriellen Steuerungstechnik zur Steuerung von Baumaschinen oder auch Industrie-Robotern. Die zweidimensionalen Bewegungen des Steuerknüppels (Joystick) werden hierbei über Kontakte oder Relais in elektrische Signale umge setzt, die insbesondere drahtlos mittels eines Fernsteuersenders an einen Empfän ger im oder am zu steuernden Industriegerät übertragen werden und dort eine ent sprechende Bewegung, beispielsweise Auslenkung eines Arbeitsarms, veranlassen.

Zur Schwenkbewegung muss der Steuerknüppel in einem Gelenk gehalten sein, das robust, schmutzunempfindlich, spritzwasserdicht ist und eine hohe Standfestigkeit aufweist, damit es unter den oft rauhen Einsatzbedingungen im Bereich der industri ellen Steuertechnik zuverlässig arbeiten kann.

Stand der Technik

Ein Handsteuergerät für die Steuerungstechnik zeigt die EP 0 683 906 B1. Hier ist das Gelenk als Elastomergelenk ausgebildet, dessen Querschnittsgestaltung so ausgelegt ist, dass bei maximaler Auslenkung des Steuerknüppels eine im wesent lichen geradlinige Oberflächenschnittlinie im Bereich größter Dehnung entsteht, bei zu nehmender Vertiefung des auf Stauchung beanspruchten gegenüberliegenden Be reichs.

Diese Lösung ermöglicht eine gute Beibehaltung eines fixen Gelenkpunktes auch in der verschwenkten Position des Steuerknüppels, die relativ voluminöse Ausgestal tung des Elastomergelenks führt allerdings zu einer großvolumigen Stauchung oder Streckung der verschiedenen Bereiche bei deren Beanspruchung bei der Ver schwenkung, die bei häufiger Beanspruchung zu einer Ermüdung dieses Elastomer gelenks führt.

Aus der US 1,824,090 ist ein Steuerknüppel bekannt, der mittels eines Gelenks ver schwenkbar ist. Das Gelenk besteht aus einem Gummiring mit einem manschetten artig ausgebildeten Mittelbereich, der den Steuerknüppel umschließt, und einem ringförmigen Randbereich, der in einem Gehäuse fest gehalten ist. Der gesamte Verbindungsbereich zwischen Mittelbereich und Randbereich ist sehr massiv und relativ lang ausgeführt, so dass die Bewegung des Steuerknüppels nur wegen des langen Hebelarms beim hier beschriebenen Gangschaltungshebel eines Kraftfahr zeugs leichtgängig genug sein kann. Auf Handsteuergeräte, wie sie im Bereich der industriellen Steuerungstechnik eingesetzt werden, kann diese Lösung keine An wendung finden, da die Hebelarme bei Joysticks nur kurz sind und die Betätigung eines solchen Gelenks somit zu schwergängig bzw. kraftaufwendig.

Die US 4,658,666 zeigt ein Handsteuergerät der hier interessierenden Art mit einem Gelenk, bei dem der Verbindungsbereich zwischen dem Mittelbereich und dem Randbereich dünner und somit elastischer ausgebildet ist; allerdings ist die ringscheibenähnliche Form des Verbindungsbereichs nicht sehr breit und erzeugt somit die hier gewollte hohe Rückstellkraft in die Nullposition nach Wegnahme des auslenkenden Moments.

Für eine feinfühlige Steuerung sind somit die bekannten Lösungen nicht geeignet.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Elastomergelenk zu schaffen, das eine höhere Zuverlässigkeit und höhere Standfestigkeit erreicht und insbesondere leicht und empfindlich reagiert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Pa tentanspruchs 1 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die relativ schmal wandige Gestaltung des bei Verschwenkung beanspruchten Verbindungsbereichs in Form eines Kegelstumpfmantels genauer definierte Beanspruchungsbereiche ent stehen, die vorwiegend als auf Dehnung beanspruchte Wandungen einerseits und als gelenkartige, relativ gering volumige Stauchbereiche andererseits definiert sind.

Im Zusammenhang mit einer geeigneten Wahl des Öffnungswinkels des kegel stumpfartigen Verbindungsbereichs, des Materials des Gelenks und der Wandstärke des Verbindungsbereichs lassen sich die gestellten Anforderungen lösen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung wird nun an hand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Schnittdarstellung des Steuerknüppels mit Gelenk in Normal/Ruhestellung, und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Steuerknüppels der Fig. 1 in ausgelenkter Position.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das Handsteuergerät besteht aus einem nur schematisch dargestellten Gehäuse 10, in dem über ein Gelenk ein Steuerknüppel 20 verschwenkbar gehalten ist. Im Steu erknüppel 20 ist ein federbeaufschlagter Stössel 21 gehalten, dessen untere Spitze 22 auf einer schalenförmigen Gegenfläche aufsitzt, über die in der Regel mittels Kontaktierung von (nicht dargestellten) Schaltelementen eine Erkennung der Position des Steuerknüppels und Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Signals er folgt (beispielsweise wie in der eingangs genannten EP 0 683 906 B1 beschrieben).

Das Gelenk besitzt einen Mittelbereich, der als erster Zylinder 31 den Steuerknüppel 20 über eine erste Breite B1 umschließt und fixiert. Am umgebenden Gehäuse 10 ist das Gelenk mittels eines als zweiter Zylinder 32 ausgebildeten Randbereichs gehal ten, beispielsweise einvulkanisiert. Der Verbindungsbereich 33 zwischen diesen bei den konzentrisch liegenden Zylindern 31, 32 ist als Kegelstumpf mit geringer Wand stärke mit einem Öffnungswinkel α ausgebildet, der beim dargestellten Ausführungs beispiel den oberen Rand des ersten Zylinders 31 mit dem unteren Rand des zwei ten Zylinders 32 verbindet. Das Gelenk ist vorzugsweise ein Kunststoff-Spritzgussteil aus Netril-Butadien Rubber (NBR). Der Verbindungsbereich 33 weist eine Wandstär ke von etwa 2 mm auf, etwa in der gleichen Größenordnung liegt die Wandstärke der beiden Zylinder 31 und 32, so dass ein relativ filigranes Gelenk entsteht, das auf Verschwenkungen des Steuerknüppels 20 leicht und empfindlich reagiert.

Das Gelenk 30 bildet insofern eine schwimmende Lagerung des Steuerknüppels, als der Gelenkpunkt X, wie er in Fig. 1 definiert ist, bei einer Verschwenkung um den Winkel β gemäß Fig. 2 nicht zwangsläufig ortsfest bleiben muss, sondern wie im dargestellten Ausführungsbeispiel geringfügig nach oben gewandert ist. Dies findet seinen Grund zum großen Teil in der relativ empfindlichen schmalwandigen Ausfüh rung des Verbindungsbereichs 33. Derartige Längs- oder Querverschiebungen wer den aber dadurch kompensiert, dass sich der federbeaufschlagte Stössel 21 auf die schalenartige Innenfläche des unteren Gehäuseteils abstützt und so ein Gegenlager bildet, wobei er sich aus dem unteren Ende des Steuerknüppels 20 herausschiebt, wie durch das Maß L2 gegenüber dem Maß L1 in Fig. 1 verdeutlicht wird.

Die Schnittdarstellung der Fig. 2 zeigt, dass der eine Teil des Verbindungsbereichs (33A) nahezu ausschließlich auf Dehnung beansprucht wird, also in der Ebene sei ner Wandungsausdehnung, wogegen der gegenüberliegende Bereich (33B) eine Art Gelenkfalte ausbildet, in der eine gewisse Materialanhäufung auftritt. Diese Art der Beanspruchung hat sich als "schonend" insofern herausgestellt, als dass sie eine lange Standfestigkeit des Gelenks erwarten lässt bei gleichzeitig einfacher sensibler Handhabung.

Die dargestellte Anordnung des Kegelstumpfmantels mit seinem oberen Ende zum oberen Ende des Steuerknüppels 20 hin zeigend bewirkt einen hohen Widerstand des Steuerknüppels gegen axiale Zugbeanspruchung (Herausziehen aus dem Ge häuse). Gegen axiale Druckbeanspruchung (Hineindrücken in das Gehäuse), die durch diese Formgebung weniger behindert wird, ist vorgesehen, dass dies durch eine Begrenzung der Einschiebung des Stössels 21 auf eine Mindestlänge vermie den wird.

Claims

1. Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel, der mittels eines als Kunststoffformteil elastisch ausgebildeten Gelenks in einem Gehäuse um zwei orthogonale Achsen schwenkbar gelagert ist, wobei das Gelenk einen manschettenartig ausgebildeten Mittelbereich aufweist, der den Steuerknüppel umschließt, sowie einen Randbe reich, der ortsfest im Gehäuse befestigt ist, und wobei Mittelbereich und Randbe reich als konzentrisch verlaufende, erste und zweite Zylinder ausgebildet sind und über einen bei der Verschwenkung beanspruchten Verbindungsbereich miteinan der verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (33) in Form eines Kegelstumpfmantels derart schmalwandig ausgebildet ist, dass bei Verschwenkung vorwiegend auf Dehnung beanspruchte Wandungen einerseits und gelenkartige, relativ gering volumige Stauchbereiche andererseits definiert sind.

2. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B1) des den Mittelbereich bildenden ersten Zylinders (31) größer ist als die Breite (B2) des den Randbereich bildenden zweiten Zylinders (32).

3. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungs winkel (α) des kegelstumpfartigen Verbindungsbereichs (33) 40-60° beträgt.

4. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ver bindungsbereich (33) in Richtung zum oberen Ende des Steuerknüppels (20) hin verjüngt.

5. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunst stoff-Formteil aus Netril Butadien Rubber (NBR) ist.

6. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Stärke der Wandung des Verbindungsbereichs (33) etwa 2 mm beträgt.

7. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Ende des Steuerknüppels (20) ein federbeaufschlagter Stössel (21) gelagert ist, dessen untere Spitze (22) ein Gegenlager zum Gelenk derart bildet, dass es ver tikale und/oder horizontale Verschiebungen des Gelenkpunktes (X) beim Ver schwenken des Steuerknüppels (20) kompensiert.

8. Handsteuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (21) um eine Mindestlänge aus dem unteren Ende des Steuerknüppels (20) her ausragt, um ein Hineindrücken des Steuerknüppels (20) in das Gehäuse zu be grenzen.