DE102019133126A1 - Joystick umfassend einen Hebel und ein Gehäuse - Google Patents

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DE102019133126A1
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sensor
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Allen Carl Bonnici
Andrew Portelli
Manuel Gatt
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Methode Electronics Malta Ltd
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Methode Electronics Malta Ltd
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Abstract

Joystick, umfassend einen Hebel (2) und ein Gehäuse (5), wobei der Hebel (2) um eine Schwenkachse (19) kippbar ist, der Joystick eine Trägerplatte (10) aufweist, die wenigstens einen Sensor (11) trägt, der Sensor (11) wenigstens eine Spule (14) umfasst, die ein Magnetfeld erzeugt, ein Wirbelstrom in der Spule (14) induziert wird, wenigstens eine Metallfahne (18) relativ zur Spule (14) beweglich ist, wobei die Bewegung der Metallfahne (18) mit der Kippbewegung des Hebels (2) übereinstimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, die elektrisch mit kraftbetriebenen Vorrichtungen verbindbar ist und wenigstens einen Körper, wenigstens ein Haptikprofil, wenigstens ein Paar beweglicher Metallfahnen mit veränderlicher Geometrie und wenigstens eine Sensorelektronik mit planaren Spulen umfasst.
  • Im Folgenden wird die Sensorelektronik als Sensor bezeichnet.
  • Die US 2018/0356854 A1 offenbart einen Joystick, der einen Knüppel und einen am Knüppel befestigten Sockel umfasst. Der Joystick umfasst ein Gehäuse, in dem ein Teil eines Sockels angeordnet ist. Der Joystick umfasst des Weiteren einen Sensor zur Erkennung einer Drehung des Sockels um wenigstens eine der vorgegebenen Anzahl von Schwenkachsen.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen Kontaktierungssysteme unterliegen während der Lebensdauer des Joysticks einer Abnutzung.
  • Darüber hinaus ist bei elektromechanischen Kontaktsystemen der Umfang der durchführbaren Diagnosen begrenzt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Steuervorrichtung bereitzustellen, bei der die Anordnung des Sensors und der Spule keinen Energieverlust zur Folge hat.
  • Die Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung gelöst, die elektrisch mit kraftbetriebenen Vorrichtungen verbindbar ist.
  • Die Steuervorrichtung umfasst wenigstens einen Körper.
  • Im Folgenden wird der Körper als Hebel bezeichnet.
  • Darüber hinaus weist die Steuervorrichtung wenigstens ein Haptikprofil auf. Die Steuervorrichtung umfasst des Weiteren wenigstens ein Paar beweglicher Metallfahnen. Die Metallfahnen weisen eine veränderliche Geometrie auf.
  • Der Sensor der Steuervorrichtung umfasst des Weiteren wenigstens eine planare Spule.
  • Der Hebel ist um einen zentralen Schwenkpunkt schwenkbar. Darüber hinaus ist der Hebel mit dem wenigstens einen Haptikprofil verbunden.
  • Dadurch gibt das Haptikprofil dem Benutzer eine taktile Rückmeldung, wenn der Hebel um den zentralen Schwenkpunkt herum betätigt wird.
  • Der Hebel kann in wiederholbarer Weise in seinen neutralen Zustand zurückkehren. Der neutrale Zustand ist die aufrechte Stellung des Hebels.
  • Der Hebel ist direkt mit dem wenigstens einen Paar Metallfahnen verbunden.
  • Es versteht sich von selbst, dass die Verbindung zwischen dem Hebel und dem wenigstens einen Paar Metallfahnen auch auf indirekte Weise erfolgen kann.
  • Die kombinierte Bewegung der Fahnen ermöglicht eine Richtungssteuerung.
  • Die Richtungssteuerung erfolgt gemäß der Formel: −  R = Abstand zur Mittelstellung
    Figure DE102019133126A1_0001
     −   ϕ = Winkelstellung
    Figure DE102019133126A1_0002
     −  R = √ ( x 2 + y 2 ) ;   ϕ = tan − 1 ( y/x )
    Figure DE102019133126A1_0003
  • Die planaren Spulen des Sensors sind parallel zu wenigstens einem Paar Metallfahnen angeordnet.
  • Erfindungsgemäß sind die planaren Spulen in der Lage, Wirbelströme zu erzeugen.
  • Die veränderliche Geometrie der wenigstens zwei Metallfahnen, die mit dem oszillierenden Magnetfeld gekoppelt ist, bewirkt, dass die Wirbelströme variieren.
  • Das Magnetfeld wird somit von der Sensorelektronik durch wenigstens eine Spule erzeugt.
  • Wenigstens ein Paar Metallfahnen ist relativ zur Spule beweglich. Die Bewegung der Metallfahne stimmt jedoch mit der Kippbewegung des Hebels überein.
  • Steuervorrichtung und Körper (Hebel)
  • Die Steuervorrichtung umfasst wenigstens einen Körper. Gemäß den vorstehenden Ausführungen wird der Körper als Hebel bezeichnet.
  • Die Steuervorrichtung ist elektrisch mit einem größeren komplexen System verbunden.
  • Dieses größere komplexe System steuert die Bewegung verschiedener kraftbetriebener Vorrichtungen.
  • Die Vorrichtungen können durch elektrische und/oder hydraulische und/oder pneumatische Energie oder eine Kombination aus diesen angetrieben werden.
  • Die Steuervorrichtung kann beispielsweise, aber nicht ausschließlich bei allen Maschinen der Schwerindustrie wie Planierraupen, Kränen, Hebern, Hebebühnen, Muldenkippern und/oder Forstmaschinen eingesetzt werden.
  • Der Hebel ist um einen zentralen Schwenkpunkt schwenkbar.
  • Der Hebel ist mit dem wenigstens einen Haptikprofil verbunden.
  • Sowohl der Hebel als auch das Haptikprofil werden im Folgenden ausführlich beschrieben.
  • Der Körper kehrt in wiederholbarer Weise in seine Neutralstellung zurück, wobei die Neutralstellung auch eine andere als die vorstehend erwähnte aufrechte Stellung sein kann. Die Neutralstellung wird auch als Ruhestellung bezeichnet.
  • Die Rückkehr des Hebels aus einer um den Schwenkpunkt gekippten Stellung des Hebels zurück in die Ruhestellung des Hebels wird durch ein einfaches oder ein mehrfaches Haptikprofil bewirkt.
  • Das Haptikprofil wird durch einen Federmechanismus und/oder einen Satz von Magneten erzeugt, auf die nachstehend ausführlich eingegangen wird.
  • Beim Kippen um den zentralen Schwenkpunkt wird der Hebel in eine Drehbewegung versetzt.
  • Durch die zumindest indirekte Verbindung des Hebels und der Fahnen wird beim Kippen des Hebels eine Drehbewegung des Hebels in eine lineare Bewegung der Fahnen umgesetzt.
  • Die Umsetzung der Drehbewegung des Hebels in eine lineare Bewegung der Fahnen ist auch darauf zurückzuführen, dass ein Hauptgehäuse vorgesehen ist, um den Hebel, den Schwenkpunkt und die Fahnen zumindest indirekt zu verbinden.
  • Der Hebel der Steuervorrichtung kann als Steuersäule ausgeführt sein. Der Hebel der Steuervorrichtung kann im Cockpit eines Zivil- oder Militärfahrzeugs zu Lande, zu Wasser oder in der Luft angeordnet sein.
  • Der Hebel kann ein vertikal angeordneter Mittelknüppel sein. Es kann sich aber auch um einen Seitenknüppel handeln, der horizontal angeordnet ist.
  • Der Hebel kann zusätzliche Schalter, Tasten oder Bedienelemente aufweisen, um weitere Teile des Fahrzeugs zu steuern.
  • Es versteht sich von selbst, dass die Steuervorrichtung und deren Hebel auch zur Steuerung von Videospielen und Spielkonsolen verwendet werden können.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist der Hebel der Steuervorrichtung in seiner Ruhestellung in einer aufrechten Stellung angeordnet.
  • Der Hebel der Steuervorrichtung kann als Einrichtungshebel ausgelegt sein. Alternativ kann der Hebel auch in mehr als zwei Richtungen gekippt werden.
  • Zentraler Schwenkpunkt
  • Die Steuervorrichtung sieht einen zentralen Schwenkpunkt vor.
  • Dieser zentrale Schwenkpunkt ist Teil eines Gehäuses, auf das nachstehend ausführlich eingegangen wird.
  • Der Benutzer kippt den Hebel relativ zu dessen Ruhestellung in eine Richtung um den Schwenkpunkt.
  • Um den Hebel zu kippen, drückt der Benutzer den Hebel an dessen dem Schwenkpunkt gegenüberliegenden anderen Ende in die gewünschte Richtung.
  • Der Hebel ist über seinen Schwenkpunkt mit dem Gehäuse der Steuervorrichtung verbunden. Dadurch folgt das Gehäuse der Schwenkbewegung des Hebels, wenn dieser in eine der Schwenkrichtungen gedrückt wird.
  • Dadurch, dass das Gehäuse zumindest indirekt mit den Metallfahnen verbunden ist, wird die Drehbewegung des Hebels in eine lineare Bewegung umgesetzt.
  • Gehäuse
  • Erfindungsgemäß ist das Gehäuse eine starre Umhüllung, die ein bewegliches oder empfindliches Ausrüstungsteil umschließt und schützt.
  • Die Erfindung offenbart, dass das Gehäuse den Schwenkpunkt des Hebels mit einem Haptikprofil verbindet.
  • Das Gehäuse verbindet darüber hinaus den Hebel mit einem Schieber, der wenigstens eine Metallfahne trägt. So verbindet der Schieber den Hebel indirekt mit der wenigstens einen Metallfahne.
  • Durch die physische Verbindung mit dem Hebel über den Schwenkpunkt folgt das Gehäuse der Schwenkbewegung des Hebels.
  • An jeder Seite des Hebels weist das Gehäuse wenigstens ein Haptikprofil und/oder wenigstens einen Schieber (wie nachstehend beschrieben) auf. Der Schieber trägt wenigstens eine Metallfahne.
  • Wenn das Gehäuse mit dem Hebel verbunden ist, folgen sowohl der Schieber als auch ein Haptikprofil der Schwenkbewegung des Hebels.
  • Am Ende des Hebels benachbart zur Trägerplatte steht der Hebel mit Hilfe des Schiebers in mechanischem Eingriff mit der wenigstens einen umspritzten Metallfahne.
  • Schieber
  • Um der Schwenkbewegung des Hebels zu folgen, ist der Schieber über das Gehäuse mit dem Hebel verbunden. Die wenigstens eine Metallfahne ist mechanisch am entsprechenden Schieber befestigt. Der wenigstens eine Schieber trägt somit wenigstens eine Metallfahne.
  • Relativ zu dem an der Trägerplatte befestigten Sensor folgt wenigstens eine Metallfahne der Schwenkbewegung des Hebels.
  • Beim Schwenken um den Schwenkpunkt führt der Hebel eine Drehbewegung aus.
  • Die Drehbewegung des Hebels führt zu einem linearen Anheben des Schiebers und der Metallfahnen von der Trägerplatte in Richtung zum Ende des Hebels mit dem größten Abstand des Hebels relativ zur Trägerplatte.
  • Wenn der Schieber in Richtung zum Ende des Joysticks mit seinem größten Abstand relativ zur Trägerplatte linear angehoben wird, wird der Schieber linear relativ zum Sensor bewegt.
  • Die Bewegung des Schiebers und/oder die Bewegung der wenigstens einen Metallfahne, die parallel zum Sensor angeordnet ist, setzt somit die Drehbewegung des Hebels in eine lineare Bewegung der Metallfahne und/oder in eine lineare Bewegung des Schiebers um.
  • Erfindungsgemäß sieht der Schieber auf beiden Seiten des Sensors Metallfahnen vor.
  • Wie vorstehend ausgeführt, sind die Metallfahnen mit Hilfe des Schiebers indirekt mit dem Gehäuse und/oder mit dem Hebel verbunden.
  • Wenn der Schieber relativ zum Sensor bewegt wird, bleiben somit nach der Schwenkbewegung des Hebels die kumulativen Abstände zwischen den wenigstens zwei Längsseiten des Sensors und den wenigstens zwei benachbarten Metallfahnen auf beiden Seiten des Sensors gleich.
  • Mit anderen Worten, jeder Schieber ist mit einer Schulter versehen, die zwei Schieberarme miteinander verbindet.
  • An der zum Sensor weisenden Seite trägt jeder Schieberarm jeweils eine Metallfahne.
  • Somit trägt jeder Schieberarm auf jeder Seite des Sensors wenigstens eine Metallfahne.
  • Auf beiden Seiten des Sensors sind der Schiebearm und dessen Metallfahne orthogonal zum Sensor und/oder zur Spule angeordnet.
  • Wenn die Schieberarme der Kippbewegung des Hebels folgen, wird die Drehbewegung des Hebels in eine lineare Bewegung der Schieberarme und deren Metallfahnen in Richtung der Kippbewegung des Hebels umgesetzt.
  • Nach der Kippbewegung des Hebels bleibt der kumulative Wert der Abstände zwischen jeder Längsseite des Sensors und der benachbarten Metallfahne bzw. dem benachbarten Schieberarm gleich.
  • Die Schieberarme folgen der Drehbewegung des Hebels. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen einem Schieberarm und der benachbarten Längsseite des Sensors um einen definierten Wert „A“.
  • Gleichzeitig vergrößert sich der Abstand zwischen dem anderen Schiebearm und der benachbarten Längsseite des Sensors um den Wert „B“. Die kumulative Gesamtsumme des Abstands „A“ und des Abstands „B“ bleibt jedoch gleich.
  • Mit anderen Worten, die wenigstens zwei Metallfahnen sind mit Hilfe des Schiebers mit dem Hebel verbunden. Wenn der Schieber durch die Verbindung mit dem Hebel in eine Drehbewegung versetzt wird, folgen diese Fahnen der Bewegung des Schiebers.
  • Metallfahnen und Sensor
  • Wie vorstehend beschrieben, ist in der Ruhestellung des Hebels die wenigstens eine Metallfahne orthogonal zum Sensor angeordnet.
  • Dadurch, dass die Metallfahne am Schieber befestigt ist, ist die Metallfahne orthogonal zum Schieber angeordnet.
  • Die Metallfahnen können aus jedem Metall gefertigt sein, das in der Lage ist, Elektrizität bei einer Temperatur des absoluten Nullpunktes zu leiten. Die Erfindung betrifft jedes verformbare und/oder duktile Metall. Bei dem Metall handelt es sich um ein chemisches Element wie z. B. Eisen oder eine Legierung oder um rostfreien Stahl.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Sensor mit einem Sensorkörper. Bei dem Sensor handelt es sich um eine Vorrichtung, ein Sensormodul oder ein Sensor-Untersystem, dessen Zweck es ist, ein Ereignis oder eine Veränderung in seiner Umgebung zu erkennen.
  • Die bewegliche Metallfahne weist eine veränderliche Geometrie auf, damit sie in eine Aussparung des Schiebers passt. Daher kann die Metallfahne jede gewünschte Größe und Form aufweisen.
  • Erfindungsgemäß ermöglicht die kombinierte Bewegung der wenigstens zwei Fahnen eine Richtungssteuerung.
  • Die Richtungssteuerung wird wie folgt berechnet: −  R = Abstand zur Mittelstellung
    Figure DE102019133126A1_0004
     −   ϕ = Winkelstellung
    Figure DE102019133126A1_0005
     −  R = √ ( x 2 + y 2 ) ;   ϕ = tan − 1 ( y/x )
    Figure DE102019133126A1_0006
  • Die kombinierte Bewegung der Fahnen ermöglicht eine Richtungssteuerung in der jeweiligen Ebene, wobei jede einzelne Stellung eingenommen wird.
  • Die veränderliche Geometrie der jeweiligen Fahne ist mit einem oszillierenden Magnetfeld gekoppelt.
  • Wie vorstehend ausgeführt, wird das oszillierende Magnetfeld durch die Sensorelektronik und deren planare Spulen erzeugt, wobei die planaren Spulen in einer parallelen Richtung relativ zu den Fahnen ausgerichtet sind.
  • Eine proportionale Erzeugung von Wirbelströmen verursacht einen Energieverlust. Dieser Energieverlust kann in einen Δx- oder einen Δy-Wert umgewandelt werden.
  • Zum Schutz vor einer unerwünschten Bewegung der Metallfahne, dem Verhältnis von έx relativ zu έy, die eine fehlerhafte Ausgabe in einer jeweiligen Richtung von x relativ zu y zur Folge hat, ist auf jeder Seite der Spule eine Fahne angeordnet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist das wenigstens eine Paar Fahnen beweglich mit dem Hebel direkt verbunden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die wenigstens zwei Metallfahnen mit Hilfe des Schiebers mit dem Hebel verbunden. Diese Metallfahnen sind somit indirekt mit dem Hebel verbunden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Fahnen zu einem Satz von umspritzten Fahnen zusammengefasst.
  • Der Sensor sendet die erkannten Informationen an eine andere Elektronik der Vorrichtung. Bei dieser anderen Elektronik kann es sich beispielsweise um einen Computerprozessor oder ein anderes elektronisches Gerät handeln. Daher wird ein Sensor häufig mit anderen elektronischen Bauteilen verbunden.
  • Ein Sensor kann als ein Satz elektrisch unabhängiger Elektronik, wie z. B. in Form einer bestückten Leiterplatte (PCBA), ausgeführt sein.
  • Zur Erhöhung der Arbeitssicherheit sind unabhängige PCBAs so ausgeführt, dass diese sich gegenseitig steuern, um das Sicherheitsintegritätslevel des Sensors, der in der Steuervorrichtung eingebaut ist, zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist in der sicherheitsrelevanten Einrichtung zur Endkontrolle integriert.
  • Spule und Wirbelstrom
  • Wie vorstehend erwähnt, sieht die Erfindung wenigstens eine Spule vor. Beispielhaft bezieht sich die Erfindung auf eine planare Spule.
  • Erfindungsgemäß basiert die Steuervorrichtung auf der wenigstens einen Spule des Sensors, auf die das Wirbelstromprinzip angewendet wird. So nutzt die Steuervorrichtung ein berührungsloses Wirbelstromverfahren zur Anzeige des Kippwinkels des Hebels.
  • Erfindungsgemäß handelt es sich bei Wirbelströmen um Schleifen eines elektrischen Stroms, der in Leitern durch ein sich änderndes Magnetfeld im Leiter induziert wird. Wirbelströme fließen in geschlossenen Schleifen in Leitern, wobei die Wirbelstromebenen senkrecht zum Magnetfeld verlaufen.
  • Der Wirbelstrom erzeugt ein Magnetfeld, das der Änderung des Magnetfeldes, das ihn erzeugt hat, entgegenwirkt. Daher variieren die Wirbelströme je nach Quelle des Magnetfeldes.
  • Der Sensor und die planaren Spulen wirken zusammen, um ein oszillierendes Magnetfeld zu erzeugen.
  • Das Magnetfeld ist in einer parallelen Richtung relativ zu den Metallfahnen ausgerichtet.
  • Erfindungsgemäß weist die jeweilige Metallfahne eine veränderliche Geometrie auf. Aufgrund der veränderlichen Geometrie ist die einzelne Metallfahne mit dem oszillierenden Magnetfeld gekoppelt, das durch die Sensorelektronik und/oder die wenigstens eine planare Spule erzeugt wird.
  • Die Erfindung sieht wenigstens eine in der Ebene des Sensors angeordnete Spule vor.
  • Die Spule wird als zweipoliges passives elektrisches Bauelement bezeichnet, das Energie in einem Magnetfeld speichert. Die Energiespeicherung findet in der Spule statt, wenn elektrischer Strom durch die Spule fließt.
  • Die proportionale Erzeugung und Anwendung des Wirbelstroms auf die Spulen des Sensors verhindert den vorstehend erwähnten Energieverlust.
  • Mit anderen Worten, der wenigstens eine Sensor trägt wenigstens eine planare Spule. Diese planare Spule ist parallel zu den wenigstens zwei Metallfahnen ausgerichtet, die benachbart zum Sensor angeordnet sind. Die Metallfahnen werden vom Schieber getragen.
  • Die Baugruppe aus dem Sensor und der wenigstens einen Spule erzeugt den Wirbelstrom.
  • Haptikprofil und Federmechanismus
  • Das Gehäuse sieht an dem Ende des Hebels, das zur Trägerplatte weist, gegenüber dem Schieber wenigstens ein Haptikprofil vor.
  • Relativ zum Schwenkpunkt des Hebels ist der Schieber gegenüber dem Haptikprofil angeordnet.
  • Das Haptikprofil gibt dem Benutzer eine taktile Rückmeldung, wenn der Hebel der Steuervorrichtung relativ zum Schwenkpunkt gekippt wird.
  • Darüber hinaus ermöglicht das Haptikprofil die Rückkehr des Hebels in seine Ruhestellung, nachdem er um den Schwenkpunkt gekippt wurde.
  • Für die Rückkehr in die Ruhestellung ist das Haptikprofil als Federmechanismus (wie vorstehend beschrieben) ausgeführt. Wenigstens eine Feder des Federmechanismus drückt den Hebel in seine Ruhestellung zurück.
  • Bei dem Haptikprofil kann es sich um einen Satz von Magneten handeln, die so angeordnet sind, dass sie dem Benutzer eine taktile Rückmeldung geben, wenn der Hebel um den Schwenkpunkt gekippt wird.
  • Das Haptikprofil kann eine integrale Geometrie des Gehäuses sein. Alternativ ist das Haptikprofil als eigenständiges Bauteil ausgebildet, das starr am Gehäuse befestigt ist.
  • Figurenliste
  • Weitere optionale Merkmale des Joysticks und dessen Hebel sind in der nachstehenden Beschreibung der Figuren dargelegt. Die beschriebenen Merkmale können jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen verwirklicht werden. Dementsprechend werden der Joystick und dessen Bauteile nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei in den Zeichnungen:
    • 1 eine perspektivische Ansicht eines Joysticks 1 zeigt,
    • 2 den Joystick gemäß 1 im Schnitt durch den Hebel 2 zeigt,
    • 3 schematisch einen Sensor zeigt, der zwischen zwei Armen des Schiebers angeordnet ist,
    • 4 eine veränderliche Geometrie zeigt, die vor einer planaren Spule entlanggleitet,
    • 5 zwei erfindungsgemäße Sensorschichten zeigt,
    • 6 die Absolutwerte x und y in Bezug auf die Sensoren darstellt,
    • 7 ein Blockdiagramm in Bezug auf Wirkungsweisen von Spulen und Mikrocontrollern zeigt.
  • Der Joystick 1 ist in 1 orthogonal angeordnet und weist einen Hebel 2 auf, wobei ein oberes Ende 3 des Hebels 2 am Joystick 1 herausragt.
  • Ein unteres Ende 4 (nicht dargestellt) des Hebels 2 ist mit einem Gehäuse 5 des Hebels 2 verbunden.
  • Der Joystick 1 weist eine Manschette 6 auf, die eine Abdeckung 7 des Joysticks 1 zum Außenraum 9 des Hebels 2 hin abdichtet.
  • Die Abdeckung 7 verschließt einen Innenraum 8 des Joysticks 1 zu seinem umgebenden Außenraum 9 hin.
  • Parallel zur Abdeckung 7 weist der Joystick 1 eine Trägerplatte 10 auf.
  • Die Trägerplatte 10 ist als Boden des Joysticks 1 ausgebildet, um den Innenraum 8 des Joysticks 1 zu seinem Außenraum 9 hin zu verschließen.
  • In 1 trägt die Trägerplatte 10 vier Sensoren 11 (von denen nur zwei in 1 sichtbar sind).
  • Jeder Sensor 11 weist wenigstens zwei Paar Aufnahmen 12 zur Befestigung des Sensors 11 an der Trägerplatte 10 auf.
  • In einer Ebene 13 des Sensors 11 sieht der Sensor 11 je zwei Spulen 14 vor.
  • In den Aufnahmen 12 ist der Sensor 11 in einer aufrechten Stellung relativ zur Trägerplatte 10 angeordnet.
  • In 1 ist jedem Sensor 11, der wenigstens zwei Spulen 14 trägt, ein Schieber 15 zugeordnet.
  • Jeder Schieber 15 ist mit einer Schulter 16 versehen, die zwei Schieberarme 17 miteinander verbindet.
  • Benachbart zu den Längsseiten 23, 24 des Sensors 11 trägt jeder Schieberarm 17, 28 jeweils eine Metallfahne 18.
  • Auf jeder Längsseite 23, 24 des Sensors 11 ist der Schieberarm 17, 28 und seine jeweilige Metallfahne 18 orthogonal zum Sensor 11 und zur Spule 14 angeordnet.
  • Die wenigstens eine Spule 14 erstreckt sich in der Ebene 13 des Sensors 11.
  • Im Innenraum 8 des Joysticks 1 ist der Schieber 15 mit dem Gehäuse 5 verbunden.
  • Durch die Verbindung mit dem Hebel 2 des Joysticks 1 folgt das Gehäuse 5 der Kippbewegung des Hebels 2.
  • Wenn der Hebel 2 relativ zur Schwenkachse 19 gekippt wird, folgen der Schieber 15 und die beiden Schieberarme 17 der Kippbewegung des Hebels 2 relativ zum Sensor 11.
  • Somit wird die Drehbewegung des Hebels 2 relativ zur Schwenkachse 19 in eine lineare Bewegung der Schieberarme 17 des Schiebers 15 relativ zum Sensor 11 umgesetzt.
  • 2 zeigt den Joystick 1 gemäß 1 im Schnitt durch den Hebel 2.
  • In 2 ist der Hebel 2 in der Ruhestellung 20 gezeigt, wobei der Hebel 2 in aufrechter Stellung dargestellt ist.
  • Das obere Ende 3 des Hebels 2 ragt durch die Manschette 6 heraus, während das untere Ende 4 des Hebels 2 benachbart zur Trägerplatte 10 angeordnet ist.
  • In 2 verbindet die Manschette 6 die Abdeckung 7 des Joysticks 1 mit dem Hebel 2, um den Innenraum 8 des Joysticks 1 vor eindringender Flüssigkeit und/oder unerwünschten Partikeln zu schützen.
  • Der Hebel 2 weist einen Schwenkpunkt 21 auf.
  • Der Schwenkpunkt 21 ist Teil des Gehäuses 5 des Joysticks 1.
  • Wenn der Hebel 2 relativ zur Schwenkachse 19 gekippt wird, folgt das Gehäuse 5 der Kippbewegung 22 des Hebels 2.
  • Das Gehäuse 5 ist mit dem Schieber 15 verbunden.
  • In 2 weist der Schieber 15 zwei Schieberarme 17 auf, die über die Schulter 16 miteinander verbunden sind.
  • Der Schieber 15 übergreift den Sensor 11 derart, dass die beiden Schieberarme 17 jeweils orthogonal zu den Längsseiten 23, 24 des Sensors 11 angeordnet sind.
  • Die Schulter 16 überbrückt eine Stirnseite 25 des Sensors 11.
  • Zum Sensor 11 weisend ist jeder Schieberarm 17 mit einer Metallfahne 18 versehen.
  • Der Sensor 11 weist wenigstens eine Spule 14 auf, die in der Ebene 13 des Sensors 11 angeordnet ist.
  • Somit sind die Längsseiten 23, 24 des Sensors 11 und der Spulen 14 orthogonal zu den Metallfahnen 18 angeordnet.
  • Ferner sind die Längsseiten 23, 24 des Sensors 11 und der Spulen 14 orthogonal zu den Schieberarmen 17 des Schiebers 15 angeordnet.
  • In 2 ist der Sensor 11 mit Hilfe von Aufnahmen 12 an der Trägerplatte 10 befestigt.
  • Der Sensor 11 ist in einer aufrechten Stellung angeordnet und an der Trägerplatte 10 befestigt.
  • Auf der in Bezug auf die Längsachse 19 des Hebels 2 gegenüberliegenden Seite des Schiebers 15 ist in 2 ein Haptikprofil 30 dargestellt, das mit dem Gehäuse 5 des Joysticks 1 verbunden ist.
  • In 2 ragt das Haptikprofil 30 in einem rechten Winkel in Bezug auf den Hebel 2 aus dem Gehäuse 5 des Joysticks 1 heraus.
  • Durch die Verbindung mit dem Gehäuse 5 folgt das Haptikprofil 30 der Kippbewegung des Hebels 2. Das der Kippbewegung des Gehäuses 5 folgende Haptikprofil 30 steht in Wechselwirkung mit einem Federmechanismus 31.
  • Eine Feder 32 des Federmechanismus 31 führt den Hebel 2 wieder in seine Ruhestellung 20 zurück.
  • Es versteht sich von selbst, dass die Feder 32 des Federmechanismus 31 das Gehäuse 5 aus einer gekippten Stellung in die Ruhestellung 20 des Hebels 2 zurückführt.
  • 3 zeigt die Stellung des Schiebers 15, der den Sensor 11 übergreift, wobei der Abstand zwischen dem Schieberarm 17 und der Längsseite 23 des Sensors 11 durch die Bezugsziffer 27 gekennzeichnet ist.
  • Auf der anderen Seite ist ein Abstand zwischen dem Schiebearm 28 und der Längsseite 24 des Sensors 11 mit der Bezugsziffer 29 versehen.
  • 3 zeigt zwei Sensoren 11, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.
  • Jeder Sensor 11 umfasst eine Spule 14 (nicht dargestellt).
  • Gegenüber den Längsseiten 23, 24 des Sensors 11 weist der Schieber 15 jeweils zwei Schieberarme 17, 28 auf.
  • Die Kippbewegung des Schiebers 15 bzw. die Kippbewegung der Metallfahnen 18 ist durch einen Doppelpfeil 33 dargestellt.
  • Wenn die Schieberarme 17, 28 der Kippbewegung des Hebels 2 bzw. des Gehäuses 5 folgen (in 3 nicht dargestellt), ergibt sich aus 3, dass die kumulative Summe des Abstandes 27 und des Abstandes 29 gleich bleibt.
  • Eine kombinierte Bewegung der Metallfahnen 18, die durch den Pfeil 33 dargestellt ist, ermöglicht eine Richtungssteuerung in die jeweilige Richtung.
  • Wenn die Schieberarme 17, 28 der Kippbewegung des Hebels 2 folgen, wird die Drehbewegung des Hebels 2 in eine lineare Bewegung der Schieberarme 17, 28 in Richtung der Kippbewegung des Hebels 2 umgesetzt.
  • Nach der Kippbewegung des Hebels 2 bleibt der kumulative Wert des Abstandes 27 und des Abstandes 29 gleich.
  • Mit anderen Worten, die Schieberarme 17, 28 folgen der Drehbewegung des Hebels 2. Dadurch verringert sich der Abstand 27 zwischen dem Schieberarm 17 und der Längsseite 23 des Sensors 11 um den Wert „A“.
  • Gleichzeitig vergrößert sich der Abstand 29 zwischen dem Schieberarm 28 und der Längsseite 24 des Sensors 11 um den Wert „B“. Die kumulative Gesamtsumme aus dem Abstand 27 und dem Abstand 29 bleibt gleich, wenn der Schieber 15 der Kippbewegung des Hebels 2 folgt.
  • 4 zeigt eine erfindungsgemäße veränderliche Geometrie, die vor wenigstens einer planaren Spule 14 entlanggleitet und somit eine gekoppelte Oberfläche verändert, während sie sich vorwärts und rückwärts bewegt.
  • 5 zeigt zwei Sensorschichten, die orthogonal zueinander verlaufen. Der vertikale Verlauf ist als Δy definiert, während der horizontale Verlauf als Δx definiert ist.
  • Die durch έy und durch έx dargestellte Bewegung stellt eine unerwünschte Bewegung dar. Dieser unerwünschten Bewegung wird dadurch Rechnung getragen, dass für jede Sensorspule 14 ein Paar Fahnen 18 vorhanden ist.
  • 6 verdeutlicht, wie Absolutwerte durch x und y definiert sind, die von den Sensoren 11 stammen. Kombinierte Bewegungen der Fahnen 18 ermöglichen Richtungssteuerungspositionen in der jeweiligen Ebene 13, wobei jede einzelne Position durch R und ϕ dargestellt ist.
  • 7 zeigt in einem Blockdiagramm, wie Wirkungsweisen von wenigstens zwei Spulen 14 und wenigstens zwei Mikrocontrollern miteinander kommunizieren. Die Spulen 14 und die Mikrocontroller werden für Diagnosezwecke verwendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Joystick
    2
    Hebel
    3
    oberes Ende
    4
    unteres Ende
    5
    Gehäuse
    6
    Manschette
    7
    Abdeckung
    8
    Innenraum
    9
    Außenraum
    10
    Trägerplatte
    11
    Sensor
    12
    Aufnahme
    13
    Ebene des Sensors
    14
    Spule
    15
    Schieber
    16
    Schulter
    17
    Schieberarm
    18
    Metallfahne
    19
    Längsachse/Schwenkachse
    20
    Ruhestellung
    21
    Schwenkpunkt
    22
    Kippbewegung
    23
    Längsseite des Sensors
    24
    Längsseite des Sensors
    25
    Stirnseite des Sensors
    26
    Abstand
    27
    Abstand
    28
    Schieberarm
    29
    Abstand
    30
    Haptikprofil
    31
    Federmechanismus
    32
    Feder
    33
    Doppelpfeil
  • 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
    • US 2018/0356854 A1 [0003]

Claims (18)

  1. Steuervorrichtung, die elektrisch mit kraftbetriebenen Vorrichtungen verbindbar ist, umfassend: - wenigstens einen Körper, - wenigstens ein Haptikprofil, - wenigstens ein Paar beweglicher Metallfahnen mit veränderlicher Geometrie, - wenigstens eine Sensorelektronik mit planaren Spulen, - wobei der wenigstens eine Körper - - um einen zentralen Schwenkpunkt schwenkbar ist und - - mit dem wenigstens einen Haptikprofil verbunden ist, so dass - - - das Haptikprofil dem Benutzer eine taktile Rückmeldung gibt, wenn der Körper um den zentralen Schwenkpunkt herum betätigt wird, und - - - der Körper in wiederholbarer Weise in seinen neutralen Zustand zurückkehren kann und - - - mit den wenigstens zwei Metallfahnen verbunden ist, so dass - - - die kombinierte Bewegung der Fahnen eine Richtungssteuerung ermöglicht, wobei - R = Abstand zur Mittelstellung, - ϕ= Winkelstellung, - R = √(x2+y2); ϕ = tan-1(y/x), - die Sensorelektronik mit den planaren Spulen parallel zu den wenigstens zwei Metallfahnen ausgerichtet ist, - die Sensorelektronik mit den planaren Spulen in der Lage ist, Wirbelströme zu erzeugen, - die veränderliche Geometrie der wenigstens zwei Metallfahnen mit dem oszillierenden Magnetfeld von Wirbelströmen gekoppelt ist.
  2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Körper als Hebel ausgebildet ist.
  3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fahnen beweglich mit dem Hebel direkt verbunden sind.
  4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fahnen mit Hilfe eines Schiebers mit dem Hebel verbunden sind.
  5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fahne mit Hilfe eines Schiebers beweglich mit dem Hebel verbunden ist.
  6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die einzelnen Fahnen zu einem Satz von umspritzten Fahnen zusammengefasst sind.
  7. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Drehbewegung des Schiebers in eine lineare Bewegung der Fahnen umgesetzt wird.
  8. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fahnen und der Schieber orthogonal zueinander angeordnet sind.
  9. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Körper einen Schwenkpunkt aufweist, der mit einem Hauptgehäuse verbunden ist.
  10. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Haptikprofil als Federmechanismus ausgebildet ist.
  11. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Haptikprofil als ein Satz von Magneten ausgebildet ist.
  12. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Haptikprofil eine integrale Geometrie des Gehäuses ist.
  13. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Haptikprofil ein eigenständiges Bauteil des Gehäuses ist.
  14. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine taktile Rückmeldung durch den Federmechanismus bereitgestellt wird.
  15. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine taktile Rückmeldung durch den Satz von Magneten bereitgestellt wird.
  16. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse und der Hebel in einem Schwenkpunkt miteinander verbunden sind.
  17. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Energieverlust, der durch den von den planaren Spulen erzeugten Wirbelstrom verursacht wird, in einen Δx- bzw. einen Δy-Wert umgewandelt wird.
  18. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei auf jeder Seite der Spule eine Fahne angeordnet ist.
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