DE102012104098A1 - Joystick for controlling vehicle-, machine- or system functions, has touch unit with two touch elements, which are movably mounted relative to touch unit, and resetting device of touch unit is pressed against contact surface of mechanism - Google Patents

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Abstract

The joystick has a housing (1), an actuating lever (2) pivotally mounted about a pivot point, and a mechanism (4) for defining actuating torques required for pivoting the actuating lever relative to the housing and for providing locking positions of the actuating lever relative to the housing. The mechanism has a touch unit (6) with two touch elements (7,8), which are movably mounted relative to the touch unit. A resetting device (9) of the touch unit is pressed against a contact surface (5) of the mechanism. The contact surface is made of plastic, particularly polyoxymethylene.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Joystick, wie er zum Steuern von Fahrzeug-, Maschinen- oder Anlagenfunktionen verwendet wird. Ein derartiger Joystick weist ein Gehäuse auf, in dem ein um einen Drehpunkt oder zwei kardanische Achsen schwenkbar gelagerter Betätigungshebel und ein zwischen dem Gehäuse und dem Betätigungshebel wirkender Mechanismus angeordnet sind. Hierbei definiert der Mechanismus die zum Schwenken des Betätigungshebels erforderlichen Betätigungsdrehmomente, der Betätigungshebel bewegt sich relativ zum Gehäuse. Bei dieser Art von Joysticks sind oftmals Rastpositionen für den Betätigungshebel erforderlich, beispielsweise bei Maximalauslenkung. Diese Joysticks sollen kompakt, ergonomisch und robust mit einer hohen Lebensdauer sein. Diese Anforderungen gelten daher auch für die Funktionalität des Mechanismus. The present invention relates to a joystick as used to control vehicle, machine or plant functions. Such a joystick has a housing in which a pivotally mounted about a pivot point or two gimbal axes actuating lever and a mechanism acting between the housing and the actuating lever are arranged. Here, the mechanism defines the actuating torques required for pivoting the operating lever, the operating lever moves relative to the housing. In this type of joystick detent positions are often required for the actuating lever, for example at maximum deflection. These joysticks should be compact, ergonomic and durable with a long life. These requirements therefore also apply to the functionality of the mechanism.

Aus der DE 10 2006 028 228 A1 ist ein als Stellglied bezeichneter Schalthebel bekannt, dessen eines Ende über einen in einer Lagerschale geführten Drehkörper hinausragt und in eine Kulisse eingreift, die sich unterhalb der Lagerschale in einem Gehäuse befindet. Dieses Ende weist einen Ansatz mit Taststift auf, wobei dieser gegen eine Rückstellfeder in der Kulisse beweglich ist. Demnach weist der Mechanismus dieses Stellgliedes eine Anlagefläche und eine Tasteinheit auf. From the DE 10 2006 028 228 A1 is known as an actuator shift lever is known, one end of which projects beyond a guided in a bearing shell rotary body and engages in a link, which is located below the bearing shell in a housing. This end has an approach with stylus, which is movable against a return spring in the backdrop. Accordingly, the mechanism of this actuator on a contact surface and a button unit.

Die DE 196 08 981 B4 beschreibt eine Schaltvorrichtung für ein Getriebe von Kraftfahrzeugen, bei dem bei Auslenkungen des Schalthebels ein federbelastetes Rastmittel auf einer profilierten Oberfläche gleitet. Auch dieser Mechanismus ist in Verlängerung der Längsachse des Schalthebels im Inneren eines Gehäuses angeordnet. The DE 196 08 981 B4 describes a switching device for a transmission of motor vehicles, in which slides at deflections of the shift lever, a spring-loaded locking means on a profiled surface. This mechanism is also arranged in extension of the longitudinal axis of the shift lever inside a housing.

Der Stand der Technik beschreibt demnach solche Mechanismen, die koaxial entlang der Längsachse des Hebels in dessen unmittelbarer Bewegungsbahn wirken. The prior art thus describes such mechanisms which act coaxially along the longitudinal axis of the lever in its immediate trajectory.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass für derartige Hebel nur sehr eng begrenzte Betätigungswiderstände werkseitig voreingestellt werden können, wodurch einem Benutzer, beispielsweise einem Baumaschinenführer, wenig Rückmeldung über den aktuellen Schaltzustand oder -vorgang zur Verfügung gestellt wird. A disadvantage of this prior art is that for such levers only very limited operating resistances factory can be preset, whereby a user, such as a construction machine operator, little feedback on the current switching state or process is provided.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Joystick der eingangs genannten Art anzugeben, der sich durch einen über einen großen Schwenkwinkel hinweg variabel einstellbaren Betätigungswiderstand, eine geringe Gehäusegröße und eine hohe Verschleißresistenz auszeichnet. The present invention is therefore based on the object to provide a joystick of the type mentioned above, which is characterized by a variable over a large tilt angle away actuation resistance, a small housing size and high wear resistance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Joystick der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Tasteinheit mindestens ein weiteres relativ zu der Tasteinheit beweglich gelagertes zweites Tastelement aufweist, wobei die Rückstelleinrichtung sämtliche Tastelemente gegen die Anlagefläche drückend ausgebildet ist. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer weiteren Tasteinheit können mit großem Vorteil höhere Drehmomente erzeugt und die Drehmomentkennlinie in einem weiteren Bereich voreingestellt werden. Mithin ist eine Bereitstellung von großen Rastkräften möglich, die bei einem exemplarischen Einsatz des erfindungsgemäßen Joysticks in Baumaschinen, wo große Beschleunigungen auftreten, erforderlich sind, um die Rastpositionen des Betätigungshebels relativ zu dem Gehäuse aufrechtzuerhalten. Grundsätzlich erlaubt die räumliche Orientierung der Anlagefläche zu dem Drehpunkt die Erzeugung unterschiedlicher Drehmomente, beispielsweise durch Variation der Entfernung zwischen Anlagefläche und Drehpunkt, insbesondere zwischen Anlagefläche und Tastelement. This object is achieved by a joystick of the type mentioned, in which the button unit has at least one further relative to the button unit movably mounted second probe element, wherein the reset device is formed pressing all the sensing elements against the contact surface. By providing a further key unit according to the invention, higher torques can be generated with great advantage and the torque characteristic can be preset in a further range. Thus, a provision of large locking forces is possible, which are required in an exemplary use of the joystick according to the invention in construction machines, where large accelerations occur in order to maintain the locking positions of the actuating lever relative to the housing. Basically, the spatial orientation of the contact surface to the pivot point allows the generation of different torques, for example by varying the distance between the contact surface and pivot point, in particular between contact surface and probe element.

Als erfindungsgemäß besonders vorteilhaft erweist es sich, dass bezüglich einer Position des ersten Tastelements das zweite Tastelement jenseits des Drehpunktes angeordnet ist und die Rückstelleinrichtung zwischen dem ersten Tastelement und dem zweiten Tastelement angeordnet ist, wobei die Rückstelleinrichtung relativ zu der Tasteinheit beweglich gelagert ist. Diese relativ zu der Tasteinheit schwimmende Lagerung der Tastelemente und der sie verbindenden Rückstelleinrichtung ermöglicht einen langen Arbeitsweg der Rückstelleinrichtung, ohne ein größeres Gehäuse zu erfordern. Insofern ist der gewünschte Betätigungswiderstand des Betätigungshebels in einem weiten Bereich frei vorgebbar, sodass der erfindungsgemäße Joystick für alle denkbaren Verwendungen anpassbar ist. According to the invention, it proves to be particularly advantageous that, with respect to a position of the first probe element, the second probe element is arranged beyond the pivot point and the restoring device is arranged between the first probe element and the second probe element, wherein the restoring device is movably mounted relative to the probe unit. This floating relative to the sensing unit storage of the sensing elements and the return means connecting them allows a long working path of the return device, without requiring a larger housing. In this respect, the desired operating resistance of the actuating lever in a wide range can be freely specified, so that the joystick according to the invention for all conceivable uses is customizable.

Des Weiteren ist erfindungsgemäß mit großem Vorteil vorgesehen, dass der Mechanismus mindestens zwei Tasteinheiten aufweist, wobei der Drehpunkt zwischen den Tasteinheiten angeordnet ist. Bei dieser Parallelschaltung von Tasteinheiten ist der Bereich des einstellbaren Betätigungswiderstandes des Betätigungshebels abermals erweitert. Der resultierende Betätigungswiderstand des Betätigungshebels ist eine Superposition von separaten Wechselwirkungen der mindestens vier Tastelemente mit der Anlagefläche. Hieraus lassen sich im Prinzip unendlich viele Variationen für den Verlauf des Betätigungswiderstandes ableiten und es sind selbst bei geringer Gehäusegröße große Betätigungswiderstände realisierbar. Darüber hinaus ermöglicht diese Ausgestaltung der Erfindung eine Freistellung des Drehpunktes von Kräften und Drehmomenten, was die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Joysticks wesentlich erhöht, da ein mechanischer Verschleiß bei der beweglichen Verbindung an dem Drehpunkt nicht oder lediglich in reduziertem Umfang auftritt. Furthermore, it is provided with great advantage according to the invention that the mechanism has at least two key units, the pivot point being arranged between the key units. In this parallel connection of key units, the range of the adjustable actuating resistance of the actuating lever is extended again. The resulting actuating resistance of the actuating lever is a superposition of separate interactions of the at least four sensing elements with the contact surface. From this, in principle, infinitely many variations can be derived for the course of the actuation resistance, and large actuation resistances can be realized even with a small housing size. In addition, this embodiment of the invention allows an exemption of the pivot point of forces and torques, which significantly increases the life of the joystick according to the invention, since a mechanical wear in the movable connection at the pivot point does not occur or only to a reduced extent.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Tasteinheiten zueinander parallel angeordnet und die Anlagefläche weist Anlageflächenabschnitte zum gleichzeitigen Führen von sämtlichen Tastelementen auf, wobei die Anlageflächenabschnitte eine identische Abfolge an lokalen Extrema aufweisen. Eine derartige doppelte oder multiple Anordnung von Tasteinheit und Anlageflächenabschnitt bildet eine Redundanz bezüglich der insbesondere durch die lokalen Minima der Anlageflächenabschnitte definierten Rastpositionen zu deren Sicherung gegen ein ungewolltes Ausrasten, sodass das erreichbare Sicherheitslevel bei großen externen Beschleunigungen des erfindungsgemäßen Joysticks erhöht ist. Zusätzlich erlaubt diese Anordnung klar definierte Ein- und Ausrastpunkte über die in einem weiten Bereich variabel einstellbare Drehmomentkennlinie. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the key units are arranged parallel to each other and the contact surface has abutment surface portions for simultaneously guiding all the probe elements, wherein the abutment surface portions have an identical sequence of local extremes. Such a double or multiple arrangement of sensing unit and abutment surface portion forms a redundancy with respect to the particular defined by the local minima of the contact surface portions detent positions to protect against accidental disengagement, so that the achievable security level is increased at large external accelerations of the joystick according to the invention. In addition, this arrangement allows clearly defined locking and unlocking points over the variable in a wide range torque curve.

Es erweist sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass auf Grund eines definierten Verlaufs der Anlagefläche relativ zu dem Drehpunkt ausgehend von einer Neutralposition des Betätigungshebels relativ zu dem Gehäuse das erforderliche Betätigungsdrehmoment in Abhängigkeit von einem zunehmenden Schwenkwinkel zunächst, insbesondere abschnittsweise, linear ansteigend, knapp vor Erreichen einer Rastposition exponentiell oder sprunghaft ansteigend und sehr knapp vor Erreichen der Rastposition abfallend ist. Eine solche Drehmomentkennlinie gibt dem Benutzer ein detailliertes Feedback hinsichtlich des aktuellen Schaltzustandes. Ein großer Schwenkwinkel impliziert einen für den Benutzer deutlich spürbaren Widerstand, sodass dieser den aktuellen Schaltzustand haptisch wahrnehmen kann. Auf diese Weise kann der Benutzer auch das Erreichen einer Rastposition oder Druckpunktposition erspüren. It proves to be particularly advantageous according to the invention that due to a defined course of the contact surface relative to the pivot point starting from a neutral position of the actuating lever relative to the housing, the required actuating torque in response to an increasing pivot angle initially, in particular sections, linearly increasing, just before reaching a detent position exponentially or suddenly rising and falling very close to reaching the detent position. Such a torque characteristic gives the user detailed feedback regarding the current switching state. A large swivel angle implies a resistance that is clearly noticeable to the user so that the user can feel the current switching state in a haptic manner. In this way, the user can also feel the achievement of a detent position or pressure point position.

Des Weiteren ist erfindungsgemäß mit großem Vorteil vorgesehen, dass auf Grund eines definierten Verlaufs der Anlagefläche relativ zu dem Drehpunkt ausgehend von einer Neutralposition des Betätigungshebels relativ zu dem Gehäuse das erforderliche Betätigungsdrehmoment in Abhängigkeit von einem zunehmenden Schwenkwinkel für unterschiedliche Schwenkrichtungen unterschiedlich ist. Hierdurch wird ein Joystick bereitgestellt, der eine schwenkrichtungsabhängige Drehmomentkennlinie aufweist. Dies ist besonders zweckmäßig, da bei gattungsgemäßen Joysticks verschiedene Schwenkrichtungen in der Regel mit verschiedenen Funktionen der Baumaschine oder Anlage korrelieren und somit in Abhängigkeit von der Schwenkrichtung verschiedene Rastpositionen und/oder Betätigungswiderstandspfade dorthin wünschenswert sind. Furthermore, it is provided according to the invention with great advantage that due to a defined course of the contact surface relative to the pivot point starting from a neutral position of the actuating lever relative to the housing, the required actuating torque is different depending on an increasing pivot angle for different pivot directions. As a result, a joystick is provided which has a pivoting direction-dependent torque characteristic. This is particularly useful because in generic joysticks different pivoting directions usually correlate with different functions of the construction machine or system and thus depending on the pivoting direction different locking positions and / or Betätigungswiderstandspfade there are desirable.

Erfindungsgemäß erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass auf Grund eines definierten Verlaufs der Anlagefläche relativ zu dem Drehpunkt das erforderliche Betätigungsdrehmoment zum Verlassen einer Rastposition größer 4,0 Nm, insbesondere größer oder gleich 4,9 Nm, ist. Um ein solches Drehmoment aufzubringen, bedarf es eines aktiven und bewussten Tuns des Benutzers, sodass ein versehentliches Ausrasten des Betätigungshebels nahezu ausgeschlossen ist. Zusätzlich wird der Benutzer durch dieses hohe Ausrastdrehmoment gewarnt, dass die momentane Rastposition verlassen und sich der Funktionszustand der Baumaschine oder Anlage ändern wird. According to the invention, it proves to be particularly advantageous that due to a defined course of the contact surface relative to the pivot point, the required actuating torque for leaving a detent position is greater than 4.0 Nm, in particular greater than or equal to 4.9 Nm. In order to apply such a torque, it requires an active and deliberate action of the user, so that an accidental disengagement of the operating lever is almost impossible. In addition, the user is warned by this high disengagement torque that will leave the current locking position and change the functional state of the construction machine or plant.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ausgehend von einer Neutralposition ein maximaler Schwenkwinkel des Betätigungshebels relativ zu dem Gehäuse größer 10°, insbesondere größer 20°, ist. Hierdurch wird einerseits eine Funktionsdichte entlang des Betätigungswiderstandspfades entzerrt, um ein Einstellen einer ungewollten Funktion zu vermeiden. Dies ist insbesondere in einem rauen Baustellenbetrieb mit Erschütterungen und Vibrationen und/oder bei einem Betätigen des Betätigungshebels mit Handschuhen von Vorteil, da das Einstellen einer ungewollten Funktion oftmals zu Arbeitsunfällen führt. Andererseits erlaubt der erfindungsgemäße Joystick bei normaler Funktionsdichte die Anordnung einer Vielzahl von Funktionen entlang eines Betätigungswiderstandspfades, was den Joystick zu einer versatilen Schalteinheit macht. In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that, starting from a neutral position, a maximum pivoting angle of the actuating lever relative to the housing is greater than 10 °, in particular greater than 20 °. As a result, on the one hand, a functional density along the Betätigungswiderstandspfades equalized in order to avoid setting an unwanted function. This is especially in a rough construction site operation with shocks and vibrations and / or in an operation of the operating lever with gloves advantageous because the setting of an unwanted function often leads to work accidents. On the other hand, the joystick of the present invention, while having normal functional density, allows the arrangement of a plurality of functions along an operation resistance path, making the joystick a versatile switch unit.

Es erweist sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass die Rückstelleinrichtung als Spiralfeder, insbesondere Spiraldruckfeder, ausgebildet ist. Spiralfedern sind nach ihren dynamischen Eigenschaften klassifiziert im allgemein zugänglichen Handel kostengünstig beziehbar, sodass die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Joysticks nicht unnötig in die Höhe getrieben werden. Somit wird auch ein Austausch der Rückstelleinrichtung problemlos möglich, da die Spiralfeder lediglich durch eine Spiralfeder derselben Kennung zu ersetzen ist. Die Drehmomentkennlinie des Joysticks bleibt erhalten, einer Justierung der Drehmomentkennlinie nach dem Austausch bedarf es nicht. Somit kann der Betrieb umgehend wieder aufgenommen und kostenintensive Wartungszeiten kurz gehalten werden. It proves to be particularly advantageous according to the invention that the return device is designed as a spiral spring, in particular helical compression spring. Spiral springs are classifiable according to their dynamic properties classifiable in the generally accessible trade, so that the manufacturing cost of the joystick according to the invention are not driven unnecessarily high. Thus, an exchange of the return device is easily possible because the coil spring is to be replaced only by a coil spring the same identifier. The torque characteristic of the joystick is maintained, an adjustment of the torque characteristic after replacement is not required. Thus, the operation can be resumed immediately and costly maintenance times are kept short.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlagefläche zumindest abschnittsweise zylindermantelförmig ausgebildet ist und sämtliche Tastelemente als Walzen ausgebildet sind. Diese vereinfachte Ausführungsform ist besonders verschleißresistent, da eine Übertragung der von der Rückstelleinrichtung erzeugten Kräfte auf die Anlagefläche nicht punktuell, sondern mittels einer Anlagestrecke erfolgt. Insofern werden die Tastelemente und die Anlagefläche weniger stark beansprucht. Ein solcher Joystick erlaubt zunächst lediglich ein eindimensionales Schwenken des Betätigungshebels, was aber für viele Basisanwendungen, beispielsweise Greifer auf – Greifer zu oder Vorwärtsfahren – Rückwärtsfahren, völlig ausreichend ist. Um einen zweidimensional schwenkbaren Joystick anzugeben, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Mechanismus zum Definieren von erforderlichen Betätigungsdrehmomenten und zum Bereitstellen von Rastpositionen zweifach vorhanden ist, wobei die beiden Mechanismen zueinander orthogonal orientiert angeordnet sind. Die durch ein Schwenken des Betätigungshebels generierten Steuersignale werden entweder zunächst für jeden Mechanismus separat detektiert und anschließend mittels einer Signalverarbeitung zu einer Linearkombination der Steuersignale der ersten Dimension und der Steuersignale der zweiten Dimension superponiert oder für beide Dimensionen gemeinsam detektiert. Berührungslos wirkende Sensoren, wie beispielsweise Hall-Sensoren, sind als Mittel zum Detektieren der Steuersignale besonders geeignet. In a particular embodiment of the invention, it is provided that the contact surface is formed at least partially cylinder jacket-shaped and all scanning elements are formed as rollers. This simplified embodiment is particularly wear-resistant, since a transfer of the forces generated by the return means on the contact surface is not punctiform, but by means of a plant line. In this respect, the Tastelemente and the contact surface less stressed. Such a joystick initially only allows a one-dimensional pivoting of the actuating lever, but this is quite sufficient for many basic applications, for example gripper on - gripper to or forward driving - reversing. In order to specify a two-dimensionally pivotable joystick, it is provided according to the invention that the mechanism for defining required actuating torques and for providing detent positions is present in duplicate, the two mechanisms being arranged mutually orthogonally oriented. The control signals generated by a pivoting of the actuating lever are either first separately detected for each mechanism and then superimposed by means of a signal processing to a linear combination of the control signals of the first dimension and the control signals of the second dimension or jointly detected for both dimensions. Non-contact sensors, such as Hall sensors, are particularly suitable as means for detecting the control signals.

Auf Grund dieses reduzierten Krafteintrages pro Fläche ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Anlagefläche aus Kunststoff, insbesondere aus Polyoxymethylen (POM), besteht. Als besonders bevorzugt erweist sich eine Anlagefläche aus POM 500AF, das bezüglich der in der Regel stählernen Tastelemente hervorragende Gleiteigenschaften aufweist. Alternativ ist für die Herstellung der Anlagefläche eine Verwendung von anderen gleitoptimierten Kunststoffen, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), vorgesehen. Eine aus Kunststoff bestehende Anlagefläche ist problemlos austauschbar, wodurch ein Ersatz von verschleißten Anlageflächen durch Einsetzen einer formgleichen Anlagefläche oder eine Variation der Drehmomentkennlinie des Joysticks durch Einsetzen einer Anlagefläche mit einer anderen Form möglich ist. Eine Verwendung von Metall als Anlagefläche ist prinzipiell nicht notwendig. Nichtsdestotrotz ist eine Verwendung von Metall als Anlagefläche denkbar, beispielsweise um besonders hitzebeständige oder chemikalienresistente Anlageflächen bereitzustellen. Due to this reduced force input per area, it is possible according to the invention that the contact surface made of plastic, in particular polyoxymethylene (POM) exists. Particularly preferred is a contact surface of POM 500AF, which has excellent sliding properties with respect to the usually steely feeler elements. Alternatively, for the production of the contact surface use of other lubricated plastic, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), provided. An existing plastic bearing surface is easily replaceable, whereby a replacement of worn contact surfaces by inserting a matching contact surface or a variation of the torque characteristic of the joystick by inserting a contact surface with another form is possible. A use of metal as a contact surface is not necessary in principle. Nevertheless, a use of metal as a contact surface is conceivable, for example to provide particularly heat-resistant or chemical-resistant contact surfaces.

Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnungen zu entnehmen sind. The invention will be described by way of example in a preferred embodiment with reference to a drawing, wherein further advantageous details are shown in the figures of the drawings.

Die Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen: The figures of the drawings show in detail:

1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Joysticks in einer Neutralposition, 1 a schematic side view of a joystick according to the invention in a neutral position,

2 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Joysticks in einer geschwenkten und eingerasteten Stellung und 2 a schematic side view of the joystick according to the invention in a pivoted and locked position and

3 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Joysticks von schräg unten in einer geschwenkten Stellung. 3 a perspective view of the joystick according to the invention obliquely from below in a pivoted position.

In 1 ist eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Joysticks in einer Neutralposition dargestellt, wie er zum Steuern von Fahrzeug-, Maschinen- oder Anlagenfunktionen Verwendung findet. Der Joystick umfasst ein Gehäuse 1, einen in dem Gehäuse 1 um einen Drehpunkt 3 schwenkbar gelagerten Betätigungshebel 2 und einen zwischen dem Gehäuse 1 und dem Betätigungshebel 2 wirkenden Mechanismus 4. Der Mechanismus 4 dient zum Definieren von erforderlichen Betätigungsdrehmomenten zum Schwenken des Betätigungshebels 2 relativ zu dem Gehäuse 1 und zum Bereitstellen von Rastpositionen des Betätigungshebels 2 relativ zu dem Gehäuse 1. Hierzu weist der Mechanismus 4 eine zylindermantelförmige Anlagefläche 5 und zwei Tasteinheiten 6 auf. Jede der zwei Tasteinheiten 6 umfasst ein relativ zu der jeweiligen Tasteinheit 6 beweglich gelagertes erstes Tastelement 7, ein relativ zu der Tasteinheit 6 beweglich gelagertes zweites Tastelement 8 und eine als Spiralfeder ausgebildete Rückstelleinrichtung 9, die ebenfalls relativ zu der Tasteinheit 6 beweglich gelagert ist. Die Tastelemente 7, 8 sind als Walzen ausgebildet, die von der dazwischen angeordneten Rückstelleinrichtung 9 gegen die Anlagefläche 5 gedrückt werden. Der Drehpunkt 3 ist zwischen den Tasteinheiten 6 derart angeordnet, dass er kräfte- und drehmomentfrei ist, unabhängig von der Position des Betätigungshebels 2 relativ zu dem Gehäuse 1. Die Tasteinheiten 6 sind zueinander parallel orientiert und funktionieren voneinander unabhängig. Die Anlagefläche 5 führt sämtliche Tastelemente 7, 8 der zwei Tasteinheiten 6. Spezielle Bereiche der Anlagefläche 5, nämlich die Anlageflächenabschnitte 10, zeichnen sich durch eine identische Abfolge an lokalen Extrema aus, um in Verbindung mit den zwei Tasteinheiten 6 eine redundante Anordnung innerhalb des Mechanismus 4 zu bilden. In 1 is a schematic side view of a joystick according to the invention shown in a neutral position, as it is used to control vehicle, machine or plant functions use. The joystick includes a housing 1 , one in the housing 1 around a pivot 3 pivotally mounted actuating lever 2 and one between the housing 1 and the operating lever 2 acting mechanism 4 , The mechanism 4 is used to define required operating torques for pivoting the operating lever 2 relative to the housing 1 and for providing detent positions of the operating lever 2 relative to the housing 1 , This is indicated by the mechanism 4 a cylinder jacket-shaped contact surface 5 and two key units 6 on. Each of the two key units 6 includes a relative to the respective button unit 6 movably mounted first probe element 7 , a relative to the button unit 6 movably mounted second probe element 8th and a resetting device designed as a spiral spring 9 also relative to the button unit 6 is movably mounted. The feeler elements 7 . 8th are formed as rollers, which are arranged by the restoring device arranged therebetween 9 against the contact surface 5 be pressed. The fulcrum 3 is between the push buttons 6 arranged so that it is free of forces and torque, regardless of the position of the actuating lever 2 relative to the housing 1 , The key units 6 are oriented parallel to each other and function independently. The contact surface 5 leads all tactile elements 7 . 8th the two key units 6 , Special areas of the contact surface 5 namely the contact surface sections 10 , characterized by an identical sequence of local extrema, in conjunction with the two key units 6 a redundant arrangement within the mechanism 4 to build.

2 zeigt eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Joysticks in einer geschwenkten und eingerasteten Stellung. Um diese eingerastete Stellung zu erreichen, ist ausgehend von der in 1 dargestellten Neutralposition des Betätigungshebels 2 relativ zu dem Gehäuse 1 ein definierter Betätigungswiderstandspfad mit einer vorbestimmten Drehmomentkennlinie zurückzulegen, wobei die Drehmomentkennlinie über den Verlauf der Anlagefläche 5 relativ zu dem Drehpunkt 3 und die Spiralfedercharakteristika festgelegt ist. Das zum Schwenken des Betätigungshebels 2 nach rechts erforderliche Betätigungsdrehmoment steigt in Abhängigkeit von einem zunehmenden Schwenkwinkel zunächst linear, dann sprunghaft an, um kurz vor dem Erreichen der Rastposition wieder linear abzufallen und damit die Rastposition gegen ein ungewolltes Ausrasten zu sichern. Die Rastposition ist durch die Anlagefläche 5 definiert, die für sämtliche Tastelemente 7, 8 der zwei Tasteinheiten 6 ein lokales Minimum, insgesamt also vier lokale Minima bereitstellt. Um die Rastposition wieder zu verlassen, ist ein Betätigungsdrehmoment von 4,9 Nm erforderlich. 2 shows a schematic side view of the joystick according to the invention in a pivoted and locked position. To reach this locked position, starting from the in 1 shown neutral position of the actuating lever 2 relative to the housing 1 to cover a defined Betätigungswiderstandspfad with a predetermined torque curve, the torque curve over the course of the contact surface 5 relative to the fulcrum 3 and the coil spring characteristics is set. The for pivoting the operating lever 2 to the right required operating torque increases in Depending on an increasing pivoting angle initially linear, then leaps to drop linearly again shortly before reaching the locking position and thus to secure the locking position against unintentional disengagement. The locking position is due to the contact surface 5 defined for all key elements 7 . 8th the two key units 6 a local minimum, thus providing a total of four local minima. To leave the locking position, an actuating torque of 4.9 Nm is required.

Ausgehend von der in 1 dargestellten Neutralposition ist zum Schwenken des Betätigungshebels 2 nach links (siehe hierzu 3) ein anderer Betätigungswiderstandspfad mit einer anderen Drehmomentkennlinie zurückzulegen. Hier steigt das erforderliche Betätigungsdrehmoment in Abhängigkeit von einem zunehmenden Schwenkwinkel abschnittsweise linear an, ohne eine definierte Rastposition zu erreichen. Die Drehmomentkennlinien der zwei möglichen Schwenkrichtungen sind voneinander verschieden, ebenso die maximalen Schwenkwinkel. Der maximale Schwenkwinkel nach rechts beträgt 23°, der nach links 15°. Starting from the in 1 shown neutral position is for pivoting the operating lever 2 to the left (see 3 ) to travel another Betätigungswiderstandspfad with a different torque curve. Here, the required actuating torque increases in sections as a function of an increasing pivot angle in sections linearly without reaching a defined detent position. The torque characteristics of the two possible pivot directions are different from each other, as are the maximum tilt angle. The maximum swing angle to the right is 23 °, the left to 15 °.

In 3 ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Joysticks von schräg unten in einer geschwenkten Stellung dargestellt. Hier, als auch in 2, ist besonders gut ersichtlich, dass die zwei Tasteinheiten 6 grundsätzlich voneinander unabhängig funktionieren, über die wiederkehrende Abfolge der lokalen Minima der Anlagefläche 5 aber zusammenwirken, um gemeinsam die Schaltzustände des Joysticks und die Art und Weise, diese einzunehmen, festzulegen. In 3 is a perspective view of the joystick according to the invention obliquely from below shown in a pivoted position. Here, as well as in 2 , is particularly evident that the two key units 6 function independently of each other, via the recurrent sequence of local minimums of the contact surface 5 but work together to determine together the switching states of the joystick and the way to take them.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Gehäuse casing
2 2
Betätigungshebel actuating lever
3 3
Drehpunkt pivot point
4 4
Mechanismus mechanism
5 5
Anlagefläche contact surface
6 6
Tasteinheit probe unit
7 7
Erstes Tastelement First feeler element
8 8th
Zweites Tastelement Second feeler element
9 9
Rückstelleinrichtung Reset device
10 10
Anlageflächenabschnitt Contact surface section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006028228 A1 [0002] DE 102006028228 A1 [0002]
  • DE 19608981 B4 [0003] DE 19608981 B4 [0003]

Claims (11)

Joystick zum Steuern von Fahrzeug-, Maschinen- oder Anlagenfunktionen, umfassend ein Gehäuse (1), einen in dem Gehäuse (1) um einen Drehpunkt (3) schwenkbar gelagerten Betätigungshebel (2) und einen zwischen dem Gehäuse (1) und dem Betätigungshebel (2) wirkenden Mechanismus (4) zum Definieren von erforderlichen Betätigungsdrehmomenten zum Schwenken des Betätigungshebels (2) relativ zu dem Gehäuse (1) und zum Bereitstellen von Rastpositionen des Betätigungshebels (2) relativ zu dem Gehäuse (1), wobei der Mechanismus (4) mindestens eine Anlagefläche (5) und mindestens eine Tasteinheit (6) aufweist, wobei die Tasteinheit (6) ein relativ zu der Tasteinheit (6) beweglich gelagertes erstes Tastelement (7) und eine Rückstelleinrichtung (9) aufweist, wobei die Rückstelleinrichtung (9) das erste Tastelement (7) gegen die Anlagefläche (5) drückend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasteinheit (6) mindestens ein weiteres relativ zu der Tasteinheit (6) beweglich gelagertes zweites Tastelement (8) aufweist, wobei die Rückstelleinrichtung (9) sämtliche Tastelemente (7, 8) gegen die Anlagefläche (5) drückend ausgebildet ist.Joystick for controlling vehicle, machine or plant functions, comprising a housing ( 1 ), one in the housing ( 1 ) around a pivot ( 3 ) pivotally mounted actuating lever ( 2 ) and one between the housing ( 1 ) and the operating lever ( 2 ) acting mechanism ( 4 ) for defining required operating torques for pivoting the operating lever ( 2 ) relative to the housing ( 1 ) and for providing detent positions of the actuating lever ( 2 ) relative to the housing ( 1 ), the mechanism ( 4 ) at least one contact surface ( 5 ) and at least one key unit ( 6 ), wherein the button unit ( 6 ) relative to the button unit ( 6 ) movably mounted first probe element ( 7 ) and a reset device ( 9 ), wherein the resetting device ( 9 ) the first probe element ( 7 ) against the contact surface ( 5 ) is formed oppressive, characterized in that the button unit ( 6 ) at least one other relative to the button unit ( 6 ) movably mounted second probe element ( 8th ), wherein the resetting device ( 9 ) all feeler elements ( 7 . 8th ) against the contact surface ( 5 ) is formed oppressive. Joystick nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer Position des ersten Tastelements (7) das zweite Tastelement (8) jenseits des Drehpunktes (3) angeordnet ist und die Rückstelleinrichtung (9) zwischen dem ersten Tastelement (7) und dem zweiten Tastelement (8) angeordnet ist, wobei die Rückstelleinrichtung (9) relativ zu der Tasteinheit (6) beweglich gelagert ist. Joystick according to claim 1, characterized in that with respect to a position of the first probe element ( 7 ) the second probe element ( 8th ) beyond the fulcrum ( 3 ) and the restoring device ( 9 ) between the first probe element ( 7 ) and the second probe element ( 8th ), the reset device ( 9 ) relative to the button unit ( 6 ) is movably mounted. Joystick nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus (4) mindestens zwei Tasteinheiten (6) aufweist, wobei der Drehpunkt (3) zwischen den Tasteinheiten (6) angeordnet ist. Joystick according to claim 1 or 2, characterized in that the mechanism ( 4 ) at least two key units ( 6 ), wherein the fulcrum ( 3 ) between the key units ( 6 ) is arranged. Joystick nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasteinheiten (6) zueinander parallel angeordnet sind und die Anlagefläche (5) Anlageflächenabschnitte (10) zum gleichzeitigen Führen von sämtlichen Tastelementen (7, 8) aufweist, wobei die Anlageflächenabschnitte (10) eine identische Abfolge an lokalen Extrema aufweisen. Joystick according to claim 3, characterized in that the key units ( 6 ) are arranged parallel to each other and the contact surface ( 5 ) Contact surface sections ( 10 ) for simultaneously guiding all the tactile elements ( 7 . 8th ), wherein the contact surface sections ( 10 ) have an identical sequence of local extrema. Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund eines definierten Verlaufs der Anlagefläche (5) relativ zu dem Drehpunkt (3) ausgehend von einer Neutralposition des Betätigungshebels (2) relativ zu dem Gehäuse (1) das erforderliche Betätigungsdrehmoment in Abhängigkeit von einem zunehmenden Schwenkwinkel zunächst, insbesondere abschnittsweise, linear ansteigend, knapp vor Erreichen einer Rastposition exponentiell oder sprunghaft ansteigend und sehr knapp vor Erreichen der Rastposition abfallend ist. Joystick according to one of the preceding claims, characterized in that due to a defined course of the contact surface ( 5 ) relative to the fulcrum ( 3 ) starting from a neutral position of the actuating lever ( 2 ) relative to the housing ( 1 ), the required actuating torque in response to an increasing pivot angle initially, in particular sections, linearly increasing, just before reaching a detent position exponentially or suddenly rising and very close to reaching the detent position is sloping. Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund eines definierten Verlaufs der Anlagefläche (5) relativ zu dem Drehpunkt (3) ausgehend von einer Neutralposition des Betätigungshebels (2) relativ zu dem Gehäuse (1) das erforderliche Betätigungsdrehmoment in Abhängigkeit von einem zunehmenden Schwenkwinkel für unterschiedliche Schwenkrichtungen unterschiedlich ist. Joystick according to one of the preceding claims, characterized in that due to a defined course of the contact surface ( 5 ) relative to the fulcrum ( 3 ) starting from a neutral position of the actuating lever ( 2 ) relative to the housing ( 1 ) the required actuating torque is different as a function of an increasing pivot angle for different pivoting directions. Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund eines definierten Verlaufs der Anlagefläche (5) relativ zu dem Drehpunkt (3) das erforderliche Betätigungsdrehmoment zum Verlassen einer Rastposition größer 4,0 Nm, insbesondere größer oder gleich 4,9 Nm, ist. Joystick according to one of the preceding claims, characterized in that due to a defined course of the contact surface ( 5 ) relative to the fulcrum ( 3 ) the required actuating torque for leaving a detent position is greater than 4.0 Nm, in particular greater than or equal to 4.9 Nm. Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer Neutralposition ein maximaler Schwenkwinkel des Betätigungshebels (2) relativ zu dem Gehäuse (1) größer 10°, insbesondere größer 20°, ist. Joystick according to one of the preceding claims, characterized in that starting from a neutral position, a maximum pivot angle of the actuating lever ( 2 ) relative to the housing ( 1 ) is greater than 10 °, in particular greater than 20 °. Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (9) als Spiralfeder, insbesondere Spiraldruckfeder, ausgebildet ist. Joystick according to one of the preceding claims, characterized in that the restoring device ( 9 ) is designed as a spiral spring, in particular helical compression spring. Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (5) zumindest abschnittsweise zylindermantelförmig ausgebildet ist und sämtliche Tastelemente (7, 8) als Walzen ausgebildet sind. Joystick according to one of the preceding claims, characterized in that the contact surface ( 5 ) is formed at least in sections cylinder jacket-shaped and all the scanning elements ( 7 . 8th ) are formed as rollers. Joystick nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (5) aus Kunststoff, insbesondere aus Polyoxymethylen, besteht. Joystick according to claim 10, characterized in that the contact surface ( 5 ) made of plastic, in particular polyoxymethylene.
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