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Die Erfindung betrifft einen Fußschalter mit einer um eine Schwenkachse schwenkbar gelagerten Fußplatte und mit einem Sensor, der mit der Fußplatte so zusammenwirkt, dass der Sensor ein von dem Schwenkwinkel der Fußplatte direkt oder indirekt abhängiges Sensorsignal bereitstellt.
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Derartige Fußschalter werden für verschiedenste Zwecke beispielsweise zur Steuerung von Maschinen und Anlagen eingesetzt. Für den Fall, dass der Fußschalter einen einfachen Ein-/Aus-Schalter oder Taster betätigt, wird mittels Anschlagelementen ein eindeutiger Druckpunkt bereitgestellt, der dem Benutzer den Einschalt- bzw. Ausschaltpunkt signalisiert.
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Oftmals sind jedoch auch Fußschalter notwendig, durch die variabel in Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel der Fußplatte ein zugehöriges Steuersignal generiert werden soll. Mit derartigen, zum Beispiel ein Potentiometer enthaltenden Fußschaltern lassen sich zum Beispiel die Drehzahlen von Motoren variabel einstellen. Solche Fußschalter, die einen analogen Wert als Ausgabe haben, besitzen in der Regel jedoch keinen Druckpunkt. Diese fehlende Rückmeldung hat für den Benutzer den Nachteil, dass er keine Informationen über die Restwegstrecke der Betätigung hat.
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Aus
JP 51-54 171 A ist ein Fußschalter bekannt, bei dem die Gegenkraft eines Fußpedals an einem Einstellknopf manuell angepasst werden kann. Die Gegenkraft wird hierbei durch eine unter der Fußplatte angeordnete Feder aufgebracht.
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DE 195 04 269 A1 offenbart einen Sicherheitsschalter, der ein Fußpedal und einen dem Fußpedal zugeordneten Druckpunktgeber sowie einen über das Fußpedal betätigbaren elektrischen Schalter umfasst. Der Druckpunktgeber ist als höhenverstellbares federbelastetes Anschlagelement ausgebildet, wobei die Fußplatte mit ihrer Unterseite am Druckpunkt aufsetzt. Der Druckpunkt muss von Hand eingestellt werden und es ist nicht möglich über den Betätigungsweg der Fußplatte variierende Dämpfungen durch eine Steuerung automatisiert vorzugeben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen universell einsetzbaren Fußschalter zu schaffen, bei dem Dämpfungen und Druckpunkte möglichst einfach variabel einstellbar sind, um den Betätigungsdruck für den Nutzer deutlich zu verändern und die gewünschte haptische Rückmeldung an den Nutzer zu liefern. Die Aufgabe wird mit dem Fußschalter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Fußplatte im Koppelelement angelenkt und das Koppelelement mit einem Dämpfungselement mechanisch gekoppelt ist, wobei das Dämpfungselement mit einer Steuerungseinheit verbindbar und zur variablen Einstellung einer Dämpfungskraft zu der auf die Fußplatte wirkenden Betätigungskraft eines Benutzers in Abhängigkeit von einem Dämpfungssteuersignal der Steuereinheit eingerichtet ist.
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Im Unterschied zu den bekannten mechanisch von Hand voreinstellbaren Druckpunktgebern wird vorgeschlagen, ein durch ein Dämpfungssteuersignal einer Steuereinheit variabel ansteuerbares Dämpfungselement zu nutzen, das mechanisch mit einem an die Fußplatte angelenkten Koppelelement gekoppelt ist. Das über das Dämpfungssteuersignal variabel anstellbare Dämpfungselement ist auf diese Weise in der Lage, durch die mechanische Kopplung an die Fußplatte mit Hilfe des Koppelelementes über den gesamten Schwenkweg der Fußplatte einen an die spezifische Steuerungsaufgabe des Fußschalters angepasste und über den Schwenkwinkel variierende Dämpfung beziehungsweise Gegenkraft bereitzustellen. Dies bietet nicht nur den Vorteil der optimalen haptischen Rückkopplung über den gesamten Schwenkwinkelbereich, sondern auch den Vorteil der Einstellung unterschiedlicher Dämpfungsverläufe, z. B. mittels Software in der Steuerungseinheit. Damit ist es möglich, auf einfache Weise einen Standard-Fußschalter individuell an eine jeweilige Steuerungsaufgabe anzupassen.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Koppelelement weiterhin mit dem Sensor so zusammenwirkt, dass der Sensor aus einer Verlagerung des Koppelelementes ein Verschwenken der Fußplatte detektiert. Der (Betätigungs-) Sensor und das Dämpfungselement wirken damit über das Koppelelement mit der Fußplatte zusammen. Auf diese Weise kann ein platzsparender Aufbau realisiert werden.
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Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise mit dem Ausgang des Sensors für das Sensorsignal verbindbar und zur Einstellung der Gegenkraft mittels des Dämpfungssteuersignals in Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel und/oder der Schwenkwinkeländerung der Fußplatte eingerichtet. Auf diese Weise kann auf einfachste Weise mit Hilfe der Steuereinheit eine Rückkopplung durch Einstellung der Dämpfungs-Gegenkraft über das Dämpfungssteuersignal erfolgen. Es wird somit ein mit Hilfe der Steuerungseinheit beliebig parametrisierbarer Regelkreis geschaffen, durch den die Gegenkraft je nach Schwenkwinkel bzw. Schwenkwinkeländerung der Fußplatte und den für den jeweiligen Einsatzzweck des Fußschalters gewünschten Dämpfungseigenschaften eingestellt wird. Für den jeweiligen Einsatzzweck müssen nur hierfür geeignete Parameter in der Steuerungseinheit eingestellt werden, um auf diese Weise den universellen Fußschalter an den Einsatzzweck individuell anzupassen.
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Vorzugsweise hat das Koppelelement einen längsverschiebbaren Koppelstab, wobei das Dämpfungselement zur Aufbringung einer Längserstreckungsrichtung des Koppelstabes wirkenden Anteils der Gegenkraft ausgebildet ist. Die Bewegungsachse des Koppelstabes in Längserstreckungsrichtung des Koppelstabes legt somit auch die Kraftrichtung des Dämpfungselementes fest, in der der Bewegung des Koppelstabes und damit auch der Schwenkbewegung der Fußplatte entgegengewirkt werden soll, um mindestens einen definierten Druckpunkt beziehungsweise Druckbereiche für den Benutzer spürbar vorzugeben.
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Bei einer solchen Ausführungsform kann das Dämpfungselement zum Beispiel eine um den Umfang des Koppelstabes gewickelte Spule haben. Dies hat den Vorteil, dass die Gegenkraft einfach mit Hilfe einer solchen Tauchspule elektromagnetisch aufgebracht werden kann. Eine solche Anordnung, bei der der Koppelstab durch einen Luftspalt beabstandet von der Tauchspule in dieser längsverschiebbar gelagert ist, hat den Vorteil, wenig verschleißanfällig zu sein. Die Ausführungsform kann auch kompakt und preiswert realisiert werden.
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Das Dämpfungselement kann aber auch mit einem schwenkbar gelagerten Hebelarm an den Koppelstab angelenkt sein. Dann ist das Dämpfungselement zur Aufbringung eines Gegenmomentes auf den Hebelarm ausgebildet. Das Gegenmoment kann zum Beispiel rotatorisch direkt an der Schwenkachse des Hebelarms, durch viskose Dämpfung der Rotation der Schwenkachse des Hebelarms, durch Aufbringen einer Dämpfungskraft auf eine vom Hebelarm abgehenden Dämpfungsarm oder durch sonstige reibschlüssige Einschränkung der Schwenkbewegung des Hebelarmes erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Dämpfungselement ein viskoses Fluid enthaltenes Dämpfungsglied und eine Magneteinheit. Das Dämpfungselement ist dann zur variablen Einstellung der Dämpfungskraft durch Einstellung der Viskosität des Fluids mit Hilfe der Magneteinheit über ein magnetisches Feld ausgebildet. Dabei ist das viskose Fluid geeignet so auszuwählen, dass es seine Viskosität in Abhängigkeit von einem Magnetfeld ändert. Die Magneteinheit muss dann so angeordnet sein, dass sie in Abhängigkeit von einem Magnetisierstrom ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt. Durch die Variation des Magnetisierstroms kann dann die Viskosität des Fluids und damit auch die Dämpfungs-Gegenkraft variiert werden.
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Denkbar ist aber auch, dass das Dämpfungselement ein magnetisch einstellbares Federkraftelement hat.
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Die durch das Dämpfungselement aufgebrachte, der Schwenkbewegung der Fußplatte entgegenwirkende Gegenkraft kann auch durch einen Elektromotor bereitgestellt werden. Denkbar ist aber auch, dass das Dämpfungselement einen Uhing-Trieb mit einem Rollringgetriebe hat, das beispielsweise in
DE 1 057 411 B beschrieben ist. Derartige Kraftschlussgetriebe wandeln eine konstante Drehbewegung einer glatten Welle in eine hin- und hergehende Bewegung um. Wälzgelagerte Rollringe sind schwenkbar auf der Welle angeordnet und werden mit ihren Laufflächen gegen die rotierende Welle gedrückt. Die Rollringe wirken wie Muttern auf Schraubspindeln, haben jedoch eine feinstufig veränderbare Steigung, die links- oder rechtsgängig sein und auch Null werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Koppelelement ein mit dem Sensor derart zusammenwirkenden Initiator hat, dass der Sensor die Position oder Positionsveränderung des Initiators detektiert. Das Koppelelement trägt somit einen Initiator, der entweder auf das Koppelelement aufgebracht oder in das Koppelelement eingebaut ist. Im einfachsten Fall kann der Initiator auch nur eine sensierbare Kerbe oder ein sensierbares Fremdmaterial an der Oberfläche des Koppelstabes sein. Der Sensor ist dann so auf den Initiator ausgerichtet, dass er die relative Position von Sensor und Initiator erkennt, um hieraus den Schwenkwinkel beziehungsweise die Schwenkwinkeländerung der Fußplatte zu ermitteln.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher beschrieben. Es zeigt:
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1 – Skizze eines Fußschalters mit Sensordämpfungselement.
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1 lässt eine Skizze eines Fußschalters 1 mit einem Fußschaltergehäuse 2 erkennen. Eine Fußplatte 3 ist um eine Schwenkachse 4 schwenkbar am Fußschaltergehäuse 2 gelagert. Eine auf die Fußplatte 3 wirkende Betätigungskraft mit der damit verbundenen Schwenkwinkeländerung der Fußplatte 3 führt zu einer Linearverschiebung eines Koppelstabes 5 im Fußschaltergehäuse 2 über einen Hebel 6. An dem Koppelstab 5 ist ein Initiator 7 angeordnet, der sich mit dem Koppelstab 5 in Längserstreckungsrichtung des Koppelstabes 5 mitbewegt. Ein Sensor 8 ist so angrenzend an den Initiator 7 angeordnet, dass die Position beziehungsweise Positionsveränderung des Initiators 7 durch den Sensor 8 detektiert wird. Der Sensor 8 ist mit einer Auswerteeinheit 9 zur Ermittlung eines zum Schwenkwinkel der Fußplatte beziehungsweise der Schwenkwinkeländerung proportionales Sensorsignal ausgebildet. Dieses Sensorsignal S wird an eine Steuereinheit 10 weitergeleitet.
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Im weiteren Verlauf des Koppelstabes 5 ist eine Dämpfungseinheit 11 angeordnet. Diese Dämpfungseinheit 11 ist zur Aufbringung einer der Betätigungskraft auf die Fußplatte 3 entgegenwirkenden Dämpfungs-Gegenkraft eingerichtet. Über einen Betätiger 12 steht das Dämpfungselement 11 in Wirkverbindung mit dem Koppelstab 5, um eine in Längserstreckungsrichtung des Koppelstabes 5 wirkende Gegenkraft aufzubringen.
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Das Dämpfungselement 11 wird über die Steuereinheit 10 zu angesteuert, dass eine Gegenkraft in Abhängigkeit von dem jeweiligen Schwenkwinkel beziehungsweise der Schwenkwinkeländerung der Fußplatte 3 aufgebracht wird, die für den Benutzer deutlich spürbar ist. Hierzu wird in der Steuerungseinheit 10 das Sensorsignal S ausgewertet und ein an den jeweiligen Einsatz des Fußschalters 1 angepasstes Dämpfungssteuersignal D an das Dämpfungselement 11 ausgegeben. Damit wird ein für einen beliebigen Einsatzzweck des Fußschalters 1 individuell parametrisierbarer Regelkreis geschaffen, mit dem die auf die Fußplatte 3 wirkende Gegenkraft zur Bereitstellung einer oder mehrerer Druckpunkte oder unterschiedliche Druckbereiche variabel einstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 51-54171 A [0004]
- DE 19504269 A1 [0005]
- DE 1057411 B [0015]
