DE102015102317A1

DE102015102317A1 - Joystick

Info

Publication number: DE102015102317A1
Application number: DE102015102317.2A
Authority: DE
Inventors: Klaus Wild
Original assignee: Elobau GmbH and Co KG
Current assignee: Elobau GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2016-08-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Joystick (1) für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, aufweisend ein Gehäuse (2), einen in dem Gehäuse (2) um einen Drehpunkt (3) schwenkbar gelagerten Betätigungshebel (4) und eine Rückstelleinheit (5) zum Rückstellen des Betätigungshebels (4) in einen neutralen Zustand, wobei die Rückstelleinheit (5) unterhalb des Drehpunktes (3) eine Feder (6) zur Bereitstellung einer Rückstellkraft aufweist, wobei dieser Joystick, dadurch gekennzeichnet ist, dass die räumliche Lage der Feder (6) relativ zum Gehäuse (2) auch bei Verschwenkung des Betätigungshebels (4) gleichbleibend ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Joystick für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, insbesondere einen Joystick, umfassend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse um einen Drehpunkt schwenkbar gelagerten Betätigungshebel und eine Rückstelleinheit zum Bereitstellen eines Rückstelldrehmoments zum Rückstellen des Betätigungshebels von einem ausgelenkten Zustand in einen neutralen Zustand.
Derartige, zu den elektrischen Steuersystemen gehörenden, Joysticks werden unter anderem zur präzisen Steuerung von Nutzfahrzeugen, Maschinen, Arbeitsfunktionen von Nutzfahrzeugen oder Baumaschinen und Anbaugeräten eingesetzt, sie weisen üblicherweise eine Rückstelleinheit auf, die den von einem Benutzer aus seiner Ruhelage ausgelenkten Betätigungshebel wieder in diese Ruhelage zurückführt. Aufgrund des Einsatzgebietes dieser Joysticks müssen diese einem Bediener sehr genaue Auslenkungsinformationen mitteilen, beispielsweise durch sich ändernde Rückstellkräfte oder mit anderen Worten durch sich ändernden Kraftaufwand zur weiteren Auslenkung des Betätigungshebels.
Aus der DE 10 2012 140 098 A1 der Anmelderin ist beispielsweise ein solcher Joystick bekannt, bei dem die Rückstellkräfte durch zwei voneinander beabstandete und zueinander parallel angeordnete federkraftbeaufschlagte Taster aufgebracht werden, die auslenkungsbedingt in, mehrere Extrema aufweisenden, Kulissen laufend sind. Hierbei ist der Drehpunkt des Joysticks zwischen den beiden Tastern angeordnet. Die Rückstellkräfte sind damit hochvariabel einstellbar und geben einem Bediener stets eine Information über den Auslenkungsgrad des Joysticks.
Aus der DE 10 2006 028 228 A1 ist ein Joystick bekannt, in dessen Drehpunkt ein kugelförmiges Bauteil sitzt, von dem aus sich in Richtung eines Bedieners der Betätigungshebel erstreckt und in einer dazu entgegengesetzten Richtung ein in einer Kulisse beweglich endender Stift, der zwischen seinem freien Ende und dem kugelförmigen Bauteil von einer spiraligen Rückstellfeder umgeben ist. Diese wirkt zwischen Stiftende und kugelförmigem Bauteil und wird bei Auslenkung des Betätigungshebels durch ein sich in Richtung auf das kugelförmige Bauteil aufgrund der Kulissenform bewegenden Teil des Stiftes gespannt. Hierdurch erfährt der Betätigungshebel eine Rückstellkraft.
Aus der DE 196 08 981 B1 ist ein ähnliches Prinzip bekannt, auch hier wird ein federbelastetes Element entlang eines Schaftes aufgrund der Auslenkung des Betätigungshebels in Richtung auf den Bediener bewegt und eine Feder gespannt. Bei beiden Dokumenten bewegen sich Feder und Stift/Schaft mit dem Betätigungselement mit.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein bei gleicher Funktionalität besonders einfach konstruierten Joystick anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem Joystick für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, aufweisend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse um einen Drehpunkt schwenkbar gelagerten Betätigungshebel und eine Rückstelleinheit zum Rückstellen des Betätigungshebels in einen neutralen Zustand, wobei die Rückstelleinheit unterhalb des Drehpunktes eine Feder zur Bereitstellung einer Rückstellkraft aufweist, dadurch gelöst, dass die räumliche Lage der Feder relativ zum Gehäuse auch bei Verschwenkung des Betätigungshebels gleichbleibend ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die Feder bei der Erfindung kein mitbewegtes Bauteil für dessen Schwenkweg das Gehäuse Raum bieten müsste. Das Gehäuse kann daher deutlich kleiner ausfallen, da sich die räumliche Lage der Feder zum Gehäuse nicht ändert. Die Kompressions-/Entspannungsbewegung der Feder fällt nicht unter das erfindungsgemäße Verständnis einer räumlich veränderten Lage der Feder relativ zum Gehäuse. Die erfindungsgemäße Feder kann dabei eine Spiralfeder, eine Wellfeder oder eine andere, Federkraft bereitstellende Federart sein. Unter Feder versteht die Erfindung dabei auch gummielastische Körper und auch eine Mehrzahl von gleichen oder unterschiedlichen Federkraft bereitstellenden Bauteilen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Ende der Feder am Gehäuse festgelegt ist. Die Festlegung kann beispielsweise durch Eingießen in einen Steg des Gehäuses oder durch Einführen/Einlegen der Feder oder des gummielastischen Körpers in dafür vorgesehene Nute oder Aufnahmetaschen des Gehäuses insbesondere formschlüssig erfolgen. Feder und Gehäuse bilden so eine funktionale Einheit, die Feder kann aufgrund der Festlegung nicht ausweichen, sich lösen oder gar verloren gehen. Die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Joysticks ist erhöht.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen Betätigungshebel und freiem Ende der Feder ein Wegumsetzer wirkend ist, der eine Schwenkbewegung des Betätigungshebels in eine Stauch- oder Komprimierbewegung der Feder umwandelnd ist und die Entspannungsbewegung des Federkörpers in eine Schwenkbewegung des Betätigungshebels. Der Wegumsetzer ist erforderlich, um ein Mitverschwenken der Feder zu verhindern, bzw. diese von der Bewegung des Betätigungshebels zu entkoppeln.
Dies wird erfindungsgemäß besonders einfach dadurch erreicht, dass der Wegumsetzer zwischen Betätigungshebel und Feder angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wegumsetzer gebildet ist durch eine Kugelkalotte angeordnet an einem Ende des Betätigungshebels, einen Gelenkkopf und einen Stößel aufweisend eine Schräge, wobei Kugelkalotte und Gelenkkopf eine funktionale Einheit bilden, die Kugelkalotte also auf dem Gelenkkopf gleitend vorgesehen ist und wobei die Kugelkalotte auf die Schräge und damit auf den Stößel wirkend ist. Ein derartiger Wegumsetzer ermöglicht eine Schwenkbewegung des Betätigungshebels in beide Achsen und entkoppelt diese gleichzeitig von der Feder. Hierdurch werden unterschiedliche Bewegungsarten von Betätigungshebel und Feder ermöglicht, letztere kann unabhängig von der Bewegungsart des Betätigungshebels eine reine lineare Kompressions-/Entspannungsbewegung ausführen. Die Kugelkalotte, an der der Betätigungshebel befestigt ist, gleitet auf dem Gelenkkopf und drückt mit ihrem sich relativ zu ihm verschiebenden Rand auf die Schräge des Stößels, der hierdurch linear in Richtung auf das festgelegte Ende der Feder verschoben wird und so die Feder spannt. Lässt ein Bediener den Betätigungshebel los, drückt die gespannte Feder gegen den Stößel, verschiebt diesen linear nach oben weg von dem festgelegten Federende und bewirkt so mittels der Schräge, die auf den ausgelenkten Rand der Kugelkalotte drückt, ein Rückgleiten der Kugelkalotte in die Neutralposition unter Mitnahme des insbesondere einstückig an diese angeformten Betätigungshebels. Dies wird vor allem dadurch ermöglicht, dass der Stößel auf seiner der Schräge gegenüberliegenden Seite das freie Ende der Feder kontaktierend ist.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stößel auf einer Hülse angeordnet ist, die in dem Gelenkkopf endend ist. Diese Kombination von Hülse und Gelenkkopf in einem einzigen, einstückigen Bauteil hat den Vorteil einer Reduktion der benötigten Bauteile bei gleichzeitiger Zurverfügungstellung einer Gleitbahn und eines vor Umwelteinflüssen geschützten Raumes im Inneren der Hülse. Demnach weist die erfindungsgemäße Vorrichtung das einstückige Bauteil Betätigungshebel-Kugelkalotte und das einstückige Bauteil Gelenkkopf-Hülse auf, letzteres umgeben von der Feder, bzw. dem Federelement.
Ist ein Hall-Sensor zwischen Betätigungshebel und Hülse wirkend, insbesondere angeordnet, so lässt sich die Auslenkung des Betätigungshebelns in jeder Achse berührungsfrei ermitteln.
Besonders vorteilhaft ist die Weiterbildung der Erfindung, wonach das Gehäuse einen Deckel mit Wegbegrenzung für den Betätigungshebel aufweist. Der Deckel schließt zum einen den Innenraum des Joysticks gegen Umwelteinflüsse ab, zum anderen stellt er eine Wegbegrenzung und damit insbesondere einen Anschlag für den Betätigungshebel zur Verfügung, der eine zu weite Auslenkung und eine dadurch mögliche Beschädigung des Joysticks verhindert.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Verdrehsicherung zwischen Kugelkalotte und Gelenkkopf wirkend ist, insbesondere eine Kugel-Nut-Verdrehsicherung. Diese Verdrehsicherung verhindert eine Rotationsbewegung des Betätigungshebels um seine Längsachse und damit eine Beschädigung der Vorrichtung. Die Sperrung wird dabei bevorzugt durch eine oder mehrere Kugeln erreicht, die in korrespondierenden, aufeinander zuweisenden Nuten zwischen Kugelkalotte und Gelenkkopf laufend sind.
Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
1: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform und
2: eine schematische perspektivische Schnittansicht einer Ausführungsform.
1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Joysticks 1. Der Joystick 1 weist ein insbesondere spritzgegossenes Gehäuse 2 auf, das durch einen Deckel 17 nach oben abgeschlossen ist. Das Gehäuse besteht aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem schlagfesten, UV-beständigen und oxidationsunempfindlichen Kunststoff. Der Deckel 17 weist eine Wegbegrenzung 18 für den Betätigungshebel 4 auf. Diese Begrenzung 18 ist als Innenkontur einer Manschette 22 ausgebildet. Der Betätigungshebel 4 ist einstückig an die Kugelkalotte 10 angeformt. In der in 1 dargestellten Schnittansicht geleitet die Kugelkalotte 10 staubdicht sowohl an der Manschette 22 des Deckels 17 als auch auf dem Gelenkkopf 11. Die Kugelkalotte 10 weist auf ihrer Innenseite, also auf ihrer in Richtung auf die Feder 6 gerichteten Seite, einen Magneten 23 eines Hall-Sensors 16 auf. Der Gelenkkopf 11 geht in eine Hülse 15 über, die an einen Steg 24 des Gehäuses 2 festgelegt ist. Der Hall-Sensor 16 ist im Bereich einer Stirnseite der Hülse 15 angeordnet, die zugehörige Sensor Elektronik nebst Leitungen ist somit hermetisch gedichtet von der Kugelkalotte 10 und dem Gelenkkopf 11 umgeben. Die elektrischen Leitungen führen durch die zentrale Öffnung der Hülse 15 in den Bodenbereich des Gehäuses 2.
An der Hülse 15 ist linear gleitend ein Ringstößel 12 angeordnet, dessen maximaler linearer Verstellweg mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet ist.
Der Ringstößel 12 weist eine Schräge 13 auf, die in Richtung auf den Rand 26 der Kugelkalotte 10 weist. Auf der gegenüberliegenden Seite dieser Schräge 13 kontaktiert der Ringstößel die Feder 6, insbesondere deren freies Ende, wobei er hierfür eine ringnutförmige Ausnehmung aufweist. Eine Auslenkung des Betätigungshebels 4 bewirkt nun ein Verschieben der Kugelkalotte 10 so, dass sich der Rand 26 in Richtung auf den Boden des Gehäuses 2 verlagert und hierbei auf die Schräge 13 des Ringstößels 12 drückt. Dieser wird dadurch ebenfalls in Richtung auf den Boden des Gehäuses 2 linear verschoben und komprimiert dabei die Feder 6. Eine maximale Auslenkung des Betätigungshebels 4 ist durch das Anliegen seiner Wände an der Kontur 18 der Manschetten 22 vorgegeben.
Das Maß der Auslenkung in beide Achsen wird über den Hall-Sensor 16 erfasst, der geschützt im Kugelzentrum angeordnet ist. Der Magnet 23 verschwenkt berührungslos konzentrisch über dem Hall-Sensor 16 in dem Maße, in dem die Kugelkalotte 10 ausgelenkt wird. Um eine rotatorische Drehung des Betätigungshebels 4 um seine Längsachse 27 zu verhindern, ist eine Verdrehsicherung vorgesehen. Diese besteht aus einer Kugel, die in einer Nut läuft. Die Kugel ist dabei zwischen der Kugelkalotte 10 und dem Gelenkkopf 11 angeordnet und zwar in zwei aufeinander weisenden und zueinander korrespondierenden Nuten. Lässt ein Bediener den ausgelenkten Betätigungshebel 4 los, so wirkt die in der komprimierten Feder 6 gespeicherte Federkraft rückstellend über den Ringstößel 12 auf den ausgelenkten Rand 26 der Kugelkalotte 10 und führt dazu, dass der Betätigungshebel 4 in seine Neutralposition zurückbewegt wird. Dies ist nur deswegen möglich, weil der Stößel 12 an mehreren kreisumfänglich angeordneten Positionen der Kugelkalotte 10 an dieser anliegend ist, insbesondere vollumfänglich anliegend ist.
In 1 ist nicht dargestellt, dass der Stößel 12 durch einen angeformten Ringsteg an seiner, zum Gelenkkopf gerichteten Seite eine leichte Auslenkung des Betätigungshebels 4 erlaubt, ohne dass eine Rückstellkraft aufgebracht werden müsste. Dies ist besser in 2 zu erkennen. Der Betätigungshebel 4 hat also etwas „Spiel“. Das festgelegte Ende 7 der Feder 6 ist in den Steg eingegossen. In 2 ist eine andere Situation dargestellt, dort ist das festgelegte Ende 7 in einer Ausnehmung des Steges 24 des Gehäuses 2 aufgenommen.
Der erfindungsgemäße Joystick ist bauformoptimiert, da die Feder unterhalb des Drehpunktes angeordnet ist, selber nicht mitbewegt wird und zusätzlich auch die Sensorelektronik hermetisch gedichtet von Kugelkalotte/Gelenkkopf umschlossen ist. Diese formschlüssige, staubdichte Lagerung erhöht den Widerstand des erfindungsgemäßen Joysticks gegen die rauen Einsatzbedingungen, die auf landwirtschaftlichen Maschinen herrschen.
Das hier vorgestellte mechanische Grundprinzip ist bei Bedarf durch einen axialen Druckschalter erweiterbar.
Bezugszeichenliste

1: Joystick
2: Gehäuse
3: Drehpunkt
4: Betätigungshebel
5: Rückstelleinheit
6: Feder
7: Festgelegtes Ende
8
9: Wegumsetzer
10: Kugelkalotte
11: Gelenkkopf
12: Stößel
13: Schräge
14
15: Hülse
16: Hall-Sensor
17: Deckel
18: Wegbegrenzung
19
20
21
22: Manschette
23: Magnet
24: Steg
25: Verstellweg Ringstößel
26: Rand der Kugelkalotte
27: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012140098 A1 [0003]
DE 102006028228 A1 [0004]
DE 19608981 B1 [0005]

Claims

Joystick (1) für den Einsatz in Nutzfahrzeugen, aufweisend ein Gehäuse (2), einen in dem Gehäuse (2) um einen Drehpunkt (3) schwenkbar gelagerten Betätigungshebel (4) und eine Rückstelleinheit (5) zum Rückstellen des Betätigungshebels (4) in einen neutralen Zustand, wobei die Rückstelleinheit (5) unterhalb des Drehpunktes (3) eine Feder (6) zur Bereitstellung einer Rückstellkraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Lage der Feder (6) relativ zum Gehäuse (2) auch bei Verschwenkung des Betätigungshebels (4) gleichbleibend ist.
Joystick (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende (7) der Feder (6) am Gehäuse (2) festgelegt ist.
Joystick (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Betätigungshebel (4) und dem freien Ende (8) der Feder (6) ein Wegumsetzer (9) wirkend ist, der eine Schwenkbewegung des Betätigungshebels (4) in eine Stauchbewegung der Feder (6) umwandelnd ist.
Joystick (1) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegumsetzer (9) zwischen Betätigungshebel (4) und Feder (6) angeordnet ist.
Joystick (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegumsetzer (9) gebildet ist durch eine Kugelkalotte (10) angeordnet an einem Ende des Betätigungshebels (4), eine Gelenkkopf (11), einen Stößel (12) aufweisend eine Schräge (13), wobei die Kugelkalotte (10) auf die Schräge (13) wirkend ist.
Joystick (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (12) auf seiner der Schräge (13) gegenüber liegenden Seite (14) das freie Ende der Feder (6) kontaktierend ist.
Joystick (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (12) auf einer Hülse (15) angeordnet ist, die in der Gelenkkopf (11) endend ist.
Joystick (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hall-Sensor (16) zwischen Betätigungshebel (4) und Hülse (15) wirkend ist, insbesondere angeordnet ist.
Joystick (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Deckel (17) mit Wegbegrenzung (18) für den Betätigungshebel (4) aufweist.
Joystick (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung zwischen Kugelkalotte (10) und Gelenkkopf (11) wirkend ist, insbesondere eine Kugel-Nut-Verdrehsicherung.