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Die Erfindung betrifft ein Miniatureingabegerät mit einem Joystick zum Anbau an ein beliebiges Tragelement, insbesondere eine Armaturentafel oder den Steuergriff eines Kraftfahrzeugs bzw. einer Maschine.
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Derartige Miniatureingabegeräte sind in der Praxis seit längerem etabliert und können aufgrund ihrer kompakten Baugröße und -höhe selbst bei engen/engsten Einbau- bzw. Anbauverhältnissen eingesetzt werden. Dadurch wird insbesondere auch die nachträgliche Einbindung solcher Eingabegeräte in existierende Steuerungssysteme ermöglicht. Die Einsatzmöglichkeiten der Miniatureingabegeräte sind jedoch aufgrund der alleinigen ein- oder zweiachsigen Verstellbarkeit des Joysticks begrenzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Miniatureingabegerät mit einem Joystick anzugeben, das eine nochmals erweiterte Funktionalität bei einer weiterhin kompakten Baugröße, insbesondere Aufbauhöhe, aufweist und das für die Einhandbedienung, d. h. für die Bedienung mit nur einer Bedienhand, geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Miniatureingabegerät mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Miniatureingabegerät zeichnet sich bei einem einfachen konstruktiven Aufbau durch eine erweiterte Funktionalität und damit durch eine erweiterte Einsatzflexibilität aus. Aufgrund des Drehschalters kann das Miniatureingabegerät auch bei umfangreicheren bzw. komplexeren Steueraufgaben eingesetzt werden. Die Drehwelle des erfindungsgemäßen Miniatureingabegeräts weist dabei zumindest eine Doppelfunktion auf. Einerseits bildet die Drehwelle eine Halterung für den im Anbauzustand des Miniatureingabegeräts daran bzw. darauf angeordneten Joystick. Der Joystick kann dabei insbesondere an der Drehwelle festgeschraubt oder mit der Drehwelle verrastet sein. Dadurch kann der Miniatureinbauschalter mit einer nur geringen Anzahl von Bauteilen und mit einer besonders kompakten Baugröße bzw. Bauhöhe realisiert werden. Andererseits ermöglicht die Drehwelle ein konstruktiv einfache Verkopplung des Bedienteils des Drehschalters mit der Sensoreinheit. Die Sensoreinheit kann dabei gemeinsam mit der Lagerplatte unterseitig an dem Tragelement befestigt werden und so im Anbauzustand des Miniatureingabegeräts verdeckt und zugleich vor mechanischen wie auch vor chemischen Umwelteinflüssen geschützt angeordnet werden.
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Dadurch, dass das Bedienteil des Drehschalters einen Bedienhebel des Joysticks in radialer Richtung zur Drehachse des Drehschalters abschnittsweise umgreift, kann eine besonders kleine Baugröße des Miniatureingabegeräts realisiert werden. Der Bedienhebel des Joysticks erstreckt sich somit in das Bedienteil des Drehschalters hinein, wobei die Kippachse(n) des Joysticks ist/sind vorzugsweise innerhalb des Bedienteils des Drehschalters angeordnet sind. Dadurch kann zugleich eine hinreichend große Hebellänge eines Bedienhebels des Joysticks bereitgestellt werden, was insbesondere für eine feinfühlige Auslenkung des Bedienhebels, d. h. für feinfühlige/kritische Steuerungsaufgaben erforderlich ist.
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Das erfindungsgemäße Miniatureingabegerät kann an einer Vielzahl von unterschiedlichen, insbesondere plattenförmigen, Tragelementen wie beispielsweise einem Steuerpult, einem Armaturenbrett oder auch an bewegbaren Tragelementen, wie etwa einem Steuerknüppel bzw. einem Gehäuse oder dergleichen, an- bzw. eingebaut werden. Für den Anbau des Miniatureingabegeräts am Tragelement muss das Tragelement lediglich mit einer Durchgangsausnehmung für die Drehwelle versehen und die Lagerplatte am Tragelement befestigt werden. Dies kann beispielsweise durch Kleben, Verschrauben oder auch durch ein Festklemmen der Lagerplatte an dem Tragelement erfolgen. Der Joystick und der Drehschalter sind bei einer geeigneten Platzierung des Miniatureingabegeräts am Tragelement unabhängig voneinander und mit nur einer Bedienhand bedienbar.
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Der Joystick kann erfindungsgemäß eine stirnseitige Bedienfläche aufweisen, die als Einzelfingerauflagefläche für einen einzelnen Finger einer Bedienhand ausgebildet ist. Der Joystick kann dadurch mit nur einem einzelnen Finger einer Bedienhang betätigt, d. h. um seine Kippachse(n) verkippt werden. Die Einzelfingerauflagefläche ist dabei bevorzugt in Richtung der Tragplatte gewölbt ausgeführt, um dadurch ein besonders hohes Maß an Ergonomie für eine Bedienperson des Miniatureingabegeräts zu gewährleisten. Bei einer Wölbung der Einzelfingerauflage entlang einer Kippachse des Joysticks kann einer Bedienperson darüber hinaus ein taktiles Feedback zur möglichen Kipprichtung des Joysticks um seine jeweiligen) Kippachse(n) vermittelt werden.
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Unter konstruktiven Aspekten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Drehwelle zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet ist. Dadurch kann ein Anschlusskabel zur Energieversorgung des Joysticks bzw. zur (Daten-)Anbindung des Joysticks an eine Steuereinrichtung, beispielsweise einem Computer, durch die Drehwelle verlaufend dem Joystick zugeführt werden.
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Die Drehwelle ist nach der Erfindung bevorzugt mittels einer Lagerhülse an der Lagerplatte gelagert. Die Lagerhülse kann auf kostengünstige Weise und mit besonders geringen Fertigungstoleranzen gefertigt werden. Dadurch wird eine besonders präzise und verschleißarme Führung der Drehwelle am Lagerteil ermöglicht. Im Bedarfsfall ist ein Einzelaustausch der Lagerhülse möglich.
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Im Anbauzustand des Miniatureingabegeräts am Tragelement erstreckt sich die Lagerhülse vorzugsweise durch eine Durchgangsbohrung der Lagerplatte hindurch. Die Lagerhülse kann einen Flansch aufweisen, über den die Lagerhülse an der Lagerplatte abgestützt ist. Im Anbauzustand des Miniatureingabegeräts kann der Flansch bedarfsweise zwischen der Lagerplatte und der Tragelement geklemmt gehalten angeordnet sein. Dadurch kann im Betriebseinsatz des Miniatureingabegeräts ein unerwünschtes Mitdrehen der Lagerhülse mit der Drehwelle zuverlässig unterbunden werden.
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Der Drehschalter ist vorzugsweise mit einem Federelement versehen, gegen dessen Federkraft die Drehwelle aus ihrer Neutralstellung um ihre Drehachse verschwenkbar ist. Dadurch kann die Drehwelle gemeinsam mit dem daran befestigten Bedienteil aus einer ausgelenkten Drehstellung auf einfache Weise selbsttätig in ihre Neutralstellung zurückbewegt werden.
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Für einen besonders kompakten und einfachen konstruktiven Aufbau des Miniatureingabegeräts umgreift das Federelement bevorzugt die Drehwelle. Die Feder ist mit anderen Worten im Wesentlichen koaxial auf der Drehwelle angeordnet. Dadurch kann das Federelement zudem auf einfache Weise gegenüber einem Verlust an der Drehwelle gesichert werden. Das Federelement ist in diesem Fall einenends mit der Drehwelle und anderenends mit der Lagerplatte verkoppelt, um die Drehwelle im ausgelenkten Zustand mit einem in Richtung auf die Neutralstellung gerichteten Drehmoment zu beaufschlagen.
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Die Sensoreinheit kann erfindungsgemäß ein Potentiometer oder einen Hall-Sensor umfassen, mittels dessen die Drehwinkelstellung des Bedienteils um dessen Drehachse und relativ zu dessen Neutralstellung (= Auslenkung), die Drehgeschwindigkeit und/oder die Drehrichtung des Bedienteils des Drehschalters und damit der Drehwelle um die Drehachse zu ermitteln. Im Falle des Einsatzes eines Hall-Sensors können die Winkellage der Drehachse bezogen auf deren Neutralstellung bzw. die vorgenannten Bewegungsparameter der Drehachse berührungslos erfasst werden. Dies ist für die Langlebigkeit und die Störungsunempfindlichkeit des Miniatureingabegeräts von Vorteil. Es versteht sich, dass das Miniatureingabegerät im Betrieb mit einer geeigneten Steuereinheit verbunden ist, durch die die Schaltstellungen des Joysticks wie auch des Drehschalters des Miniatureingabegeräts in entsprechende Steuerbefehle zum Steuern von Motoren oder dergl. umgesetzt werden können.
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Das Bedienteil des Drehschalters kann nach der Erfindung ringförmig ausgebildet sein. Dadurch kann ein besonders hoher Bedienkomfort des Drehschalters realisiert werden. Fest vorgegebene Anlagepositionen eines oder mehrerer Bedienfinger erübrigen sich dadurch.
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Zwecks einer besonders sicheren Handhabung des Drehschalters kann das Betätigungsteil erfindungsgemäß zumindest teilweise geriffelt ausgeführt und/oder mit zumindest einem Vorsprung versehen sein, der sich in radialer Richtung von dem Bedienteil wegerstreckt. Anhand eines solchen optisch und mit der Bedienhand taktil wahrnehmbaren Vorsprungs kann einer Bedienperson darüber hinaus ein unmittelbares Feedback zur aktuellen Auslenkposition des Bedienteils (aktueller Drehwinkel des Bedienteils bezogen auf die Neutralstellung des Bedienteils) relativ zu dessen Neutralposition ermöglicht werden. Dies bietet insbesondere bei kritischen Steuerungsaufgaben Sicherheitsvorteile. Der Drehschalter kann mit Rastmitteln versehen sein, durch die die Drehwelle und/oder das Bedienteil des Drehschalters in einer vorgegebenen Position, insbesondere der Vorgenannten Neutralstellung relativ zur Drehachse verrastbar ist.
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Die Sensoreinheit kann insbesondere an einer Halteplatte befestigt sein, die über Abstandselemente, insbesondere Abstandshülsen, von der Lagerplatte beabstandet an der Lagerplatte befestigt ist. Dadurch kann auf konstruktiv einfache Weise Freiraum für das vorgenannte erste Federelement bzw. für eine Anschlussleitung zur Energieversorgung des Miniatureingabegeräts und/oder zur Datenübertragung zwischen dem Miniatureingabegerät und einer damit zusammenwirkenden Steuerungseinheit geschaffen werden.
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Die Sensoreinheit weist zwecks einer besonders einfachen Montage des Miniatureingabegeräts ein Gehäuse auf, das umfangsseitig mit einer, bevorzugt ringförmigen, Nut versehen ist. In die Nut greift in diesem Fall bevorzugt eine Halteklammer ein, wobei die Halteklammer an der Lagerplatte befestigt, insbesondere festgeschraubt, ist. Dadurch kann ein besonders wartungsfreundlicher Aufbau des Miniatureingabegeräts erreicht werden.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Joystick an der Drehwelle schwimmend (frei drehbar) gelagert. Bei einer Betätigen des Drehschalters kann der Joystick dadurch, beispielsweise mit dem auf der Einzelfingerauflagefläche aufliegenden Finger der Bedienhand, relativ zur Lagerplatte in seiner Drehlage fixiert und bei Bedarf zugleich für Steuerungsaufgaben betätigt werden.
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Der Joystick und/oder das Bedienteil des Drehschalters können aus ihrer Neutralstellung vorzugsweise jeweils bis zu einem maximalen Auslenkwinkel von 20° bis 45°, bevorzugt ungefähr 25°, auslenkbar sein.
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Zum Schutz der Lagermechanik des Joysticks vor eindringenden Verunreinigungen kann das Miniatureingabegerät erfindungsgemäß einen Faltenbalg aufweisen, der sich von einem Bedienkopf des Joysticks bis zum Bedienteil des Drehschalters erstreckt. Der Faltenbalg umgreift somit einen Bedienhebel des Joysticks und dessen fußseitige Lagermechanik.
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Die Drehwelle und das Tragelement sind im Anbauzustand des Miniatureingabegeräts an dem Tragelement vorzugsweise mittels eines Dichtungselements gegeneinander abgedichtet. Das Dichtungselement kann insbesondere aus einem Elastomer gefertigt sein und beispielsweise als O-Ring oder auch als Dichtmuffe ausgebildet sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Miniatureingabegerät mit einem Joystick und mit einem Drehschalter, in Anbaustellung an einem plattenförmigen Tragelement, in einer perspektivischen Ansicht;
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2 das Miniatureingabegerät gemäß 1 in einer Seitenansicht;
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3 das Miniatureingabegerät gemäß 1 in einer weiteren Seitenansicht;
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4 das Miniatureingabegerät gemäß 1 in einem teilweisen Längsschnitt; und
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5 Das Miniatureingabegerät aus 1 mit einer teilweise explodierten Darstellung seiner Teile;
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In 1 ist ein Miniatureingabegerät 10 in seinem Anbauzustand an einem nur ausschnittsweise wiedergegebenen Tragelement 12 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Das Tragelement 12 kann beispielsweise als Instrumenten- oder Armaturentafel eines Steuerstandes, beispielsweise eines Schiffs oder eines Schienenfahrzeugs, ausgebildet sein.
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Das Miniatureingabegerät 10 umfasst einen Joystick 14 und einen Drehschalter 16. Der Joystick 14 weist einen Bedienkopf 18 mit einer als Einzelfingerauflagefläche 20 ausgebildeten stirnseitigen Bedienfläche für einen einzelnen Finger einer Bedienhand (nicht gezeigt) auf.
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Der Drehschalter 16 ist in der 1 unterhalb des Bedienkopfs 18 des Joysticks 14 angeordnet und umfasst ein im Wesentlichen ringförmiges Bedienteil 22 mit einer geriffelten Mantelfläche 24. Das Bedienteil 22 ist aus der gezeigten Neutralstellung des Bedienteils 22 um eine mit 26 bezeichnete Drehachse in beide Drehrichtungen verschwenkbar, wie dies in 1 mit dem Doppelpfeil verdeutlicht ist. Der maximale Auslenkwinkel beträgt in beide Drehrichtungen ungefähr 25° (nicht gezeigt).
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Wie aus 1 hervorgeht, fällt die Drehachse 26 des Bedienteils 22 des Drehschalters mit der Längsachse 28 des Miniatureingabegeräts 10 zusammen. Das Bedienteil 22 ist umfangsseitig mit einem nockenartigen Betätigungsvorsprung 30 versehen, der sich in radialer Richtung von dem Bedienteil 22 wegerstreckt. Der Betätigungsvorsprung 30 dient als Widerlager für einen Finger, insbesondere Daumen, der nicht näher wiedergegebenen Bedienhand einer Bedienperson. Zwischen dem Bedienkopf 18 des Joysticks und dem Bedienteil 22 des Drehschalters ist eine elastomere ringförmige Gummimuffe 31 (= Faltenbalg) angeordnet.
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Die 2 und 3 zeigen das Miniatureingabegerät 10 in jeweils unterschiedlichen Seitenansichten. Das Miniatureingabegerät 10 weist eine Lagerplatte 32 auf, über die das Miniatureingabegerät 10 an dem Tragelement 12 befestigt ist. Die Lagerplatte 32 kann am Tragelement 12 mittels Schrauben (nicht gezeigt) festgeschraubt sein. Die Schrauben können insbesondere von oben durch das Tragelement 12 hindurchgeschraubt sein.
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Auf der vom Joystick abgewandten Seite der Lagerplatte 32 ist eine Tragplatte 34 befestigt. Die Tragplatte 34 ist über Abstandselemente 36 an der Lagerplatte 32 befestigt. Die Abstandselemente 36 können insbesondere Gewindehülsen sein. An der Tragplatte 34 ist eine Sensoreinheit 38 befestigt. Die Sensoreinheit 38 dient der Erfassung einer jeweiligen Drehwinkelstellung des Bedienteils 22 des Drehschalters 16 um die Drehachse 26 und relativ zu der in den 1 bis 3 gezeigten Neutralstellung des Bedienteils 22. Es versteht sich, dass die Sensoreinheit 38 auch zur Erfassung einer jeweiligen Drehrichtung und/oder einer jeweiligen Drehgeschwindigkeit des Bedienteils 22 um die Drehachse 26 dienen kann.
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Die Sensoreinheit 38 weist ein wasserdicht gekapseltes Gehäuse 40 auf. Das Gehäuse 40 ist umfangsseitig mit einer umlaufenden (ringförmigen) Nut 42 versehen. In die Nut 42 greift eine Halteklammer 44 ein, die mittels Schrauben 46 an der Tragplatte 34 festgeschraubt ist. Die Halteklammer 44 ist in radialer Richtung in die Nut 42 eingeklipst und umgreift das Gehäuse 40 abschnittsweise.
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Im Gehäuse 40 der gezeigten Sensoreinheit 38 ist ein strichpunktiert dargestellter Hall-Sensor 47 angeordnet, der mit einem an der Drehwelle 54 befestigten Permanentmagneten (nicht gezeigt) zusammenwirkt.
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Der Bedienkopf 18 des Joysticks 14 ist um zwei zueinander orthogonal verlaufend angeordnete Kippachsen 48 (2) und 50 (3) und um einen maximalen Auslenkwinkel α von jeweils ungefähr 25° aus seiner gezeigten Neutralstellung gegenüber der Lagerplatte 32 auslenkbar. Maximale Auslenkwinkel α von bis zu 45° sind vorstellbar.
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In 4 ist das Miniatureingabegerät 10 in einem Längsschnitt wiedergegeben. Der Bedienkopf 18 des Joysticks 14 ist an einem Bedienhebel 52 befestigt. Der Bedienhebel 52 ist der innerhalb des geschnitten dargestellten Bedienteils 22 des Drehschalters 16 um die beiden Kippachsen 48, 50 zweiachsig verstellbar gelagert ist. Das Bedienteil 22 des Drehschalters 16 umgreift den Bedienhebel 52 im Bereich der Kippachsen 48, 50 in einer radialen Richtung. Die Länge des Bedienhebels 52 ist derart gewählt, dass der Bedienhebel 52 bzw. der Bedienkopf 18 des Joysticks 14 mit nur einem Finger bequem um seine beiden Kippachsen 48, 50 in seine jeweilige maximalen Auslenkstellungen verkippt werden kann.
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Das Bedienteil 22 des Drehschalters 16 ist mit einer Drehwelle 54 drehfest verbunden, die koaxial zur Längsachse 28 des Miniatureingabegeräts 10 angeordnet ist. Das Bedienteil 22 ist gemeinsam mit der Drehwelle 54 um die Drehachse 26 verschwenkbar an der Lagerplatte 32 angeordnet. Die Lagerplatte 32 weist dazu eine Lagerhülse 56 auf, die in einer Durchgangsbohrung 58 der Lagerplatte 32 angeordnet ist. Die Lagerhülse 56 ist mit einem ringförmigen Bund bzw. einem Flansch 60 versehen, über die die Lagerhülse in axialer Richtung an der Lagerplatte 32 abgestützt ist.
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Wie aus 4 hervorgeht, sind die Drehwelle 54 und das Tragelement 12 im Anbauzustand des Miniatureingabegeräts 10 an dem Tragelement 12 mittels eines Dichtungselements 62 gegeneinander abgedichtet. Das Dichtungselement 62 ist vorliegend als O-Ring ausgebildet und besteht aus einem elastomeren Material.
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Die Drehwelle 54 erstreckt sich im gezeigten Anbauzustand des Miniatureingabegeräts 10 durch eine Durchgangsausnehmung 64 des Tragelements 12 hindurch. An dem in der 4 oberhalb des Tragelements 12 angeordneten Drehwellenabschnitt sind das Bedienteil 22 des Drehschalters 16 und – endständig auf der Drehwelle 54 – der Joystick 14 angeordnet. Das Bedienteil 22 des Drehschalters 16 und der Bedienkopf 18 des Joysticks 14 sind somit in axialer Richtung hintereinanderliegend an der Drehwelle 54 angeordnet.
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Die Drehwelle 54 ist einenends mit der Sensoreinheit 38 verkoppelt. Die Drehwelle 54 wirkt in anderen Worten mit ihrem freien Endabschnitt mit der Sensoreinheit 38 zusammen.
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Auf der Drehwelle 54 ist ein erstes Federelement 66 angeordnet, das die Drehwelle 54 umgreift und gegen dessen Federkraft die Drehwelle 54 durch Verdrehen des Bedienteils 22 aus ihrer Neutralstellung um die Drehachse 26 verschwenkbar ist. Das erste Federelement 66 ist einenends mit der Drehwelle 54 und anderenends mit der Tragplatte 43 verkoppelt.
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Die Drehwelle 54 kann als Hohlwelle ausgebildet sein, so dass ein Anschlusskabel (nicht gezeigt) zur Stromversorgung des Joysticks 14 bzw. zur Datenübertragung zwischen dem Joystick 14 und einer nicht näher wiedergegebenen Steuerungseinrichtung (beispielsweise einem Computer) durch die Drehwelle 54 zum Joystick geführt werden kann.
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Der Joystick 14 kann nach einem nicht näher wiedergegebenen Ausführungsbeispiel an der Drehwelle 54 schwimmend, d. h. gegenüber der Drehwelle frei drehbar, gelagert sein. In diesem Fall kann ein Verdrehen des Joysticks 14 um die Drehachse 26 der Drehwelle 54 durch Auflegen des Bedienfingers der Bedienhand auf die Einzelfingerauflage 20 (1) unterbunden werden.
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In 5 ist das Miniatureingabegerät 10 mit einer teilweise explodierten Darstellung seiner Teile wiedergegeben. Der Bedienhebel 52 des Joysticks 14 weist lagerseitig einen aufgeweiteten Endabschnitt 68 mit einer quer zum Bedienhebel verlaufenden Bohrung 70 auf. Ein in die Bohrung 70 einführbarer Sicherungsstift 72 dient einerseits dem Verbinden des Bedienhebels 52 mit einem Achsstück 74 und andererseits zur verkippbaren Lagerung des Bedienhebels 52 an dem Achsstück 74. Der Bedienhebel 52 weist somit eine kardanische Lagerung auf.
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Das Achsstück 74 ist im Montagezustand des Miniatureingabegeräts 10 an einem Lagerteil 76 verschwenkbar gelagert.
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Der Bedienhebel 52 weist weiterhin zwei (Taumel-)Scheiben 78, 80 auf, die den Bedienhebel jeweils vollumfänglich umgreifen. Die beiden Taumelscheiben 78, 80 sind an dem Bedienhebel 52 in entgegengesetzten axialen Richtungen am Bedienhebel 52 axial lagegesichert. Zwischen den beiden Taumelscheiben 78, 80 ist ein in zweites Federelement 82 angeordnet, das an den beiden Taumelscheiben in axialer Richtung vorgespannt abgestützt ist.
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Die in der 5 untere Taumelscheibe 80 liegt im zusammengebauten Zustand des Miniatureingabegeräts 10 an dem Lagerteil 76 obenseitig an. Die obere Taumelscheibem 78 trägt den Bedienkopf 18 des Joysticks 14. Der Bedienhebel 52 des Joysticks 14 mit dem daran angeordneten Bedienkopf 18 ist gegen die Kraft des zweiten Federelements 82 aus seiner in den 1 bis 4 gezeigten Neutralstellung um seine beiden Kippachsen 48, 50 gegenüber dem Lagerteil 76 bzw. der Lagerplatte 32 auslenkbar. Das Bedienteil 22 des Drehschalters 16 kann über Madenschrauben mit der Drehwelle drehfest verbunden sein. Die Drehwelle 54 ist mit einem Stellglied 65 der Sensoreinheit 38 drehfest verkoppelbar, das am Gehäuse der Sensoreinheit 38 drehgelagert ist. Das Stellglied 65 ist in nicht näher wiedergegebener Weise mit einem Permanentmagneten versehen, der mit dem Hall-Sensor 47 der Sensoreinheit 38 zusammenwirkt.
