DE102022200968A1

DE102022200968A1 - Joystick

Info

Publication number: DE102022200968A1
Application number: DE102022200968.1A
Authority: DE
Inventors: Balint Toth; Tamas Szakszon; Peter Bertha; Peter Pozsega; Vincent Ligneau; Frederic Malfois
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2023-08-03

Abstract

Offenbart ist ein Joystick mit einem Handgriff, der aus einer Grundstellung entlang einer Schwenkbahn schwenkbar ist. An den Handgriff ist ein griffseitigen Stößelabschnitt gekoppelt, über den eine zugeordnete Primärfeder entlang der gesamten Schwenkbahn gegen eine ruhende Primärfederanlage gespannt ist. An den griffseitigen Stößelabschnitt ist ein festlegbaren Stößelabschnitt gekoppelt, wobei zwischen den beiden Stößelabschnitten eine vorgespannte Sekundärfeder eingespannt ist. An einem kreiszylindrischen Außenmantel des festlegbaren Stößelabschnitts ist eine reibschlüssige Bremse angeordnet. Die Bremse ist in Abhängigkeit eines Signals eines Positionssensors aktivierbar. Entlang eines ersten Bereichs der Schwenkbahn ist bei geöffneter Bremse der festlegbare Stößelabschnitt über eine geschlossene Spannanlage zusammen mit dem griffseitigen Stößelabschnitt bewegbar. Entlang eines zweiten Bereichs der Schwenkbahn ist der festlegbare Stößelabschnitt über die Bremse festgelegt und die Spannanlage geöffnet.Weiterhin ist an dem Joystick mittels einer Gradientverstellvorrichtung ein zwischen dem Handgriff und der Primärfeder wirkender effektiver Hebelarm verringerbar, während gleichzeitig eine Vorspannung der Primärfeder vergrößerbar ist. Alternativ ist mittels der Gradientverstellvorrichtung der effektive Hebelarm vergrößerbar, während gleichzeitig die Vorspannung verringerbar ist.Weiterhin ist der Handgriff mittels einer Sperrvorrichtung in einer mittleren Grundstellung festlegbar. Alternativ ist der Handgriff mittels der Sperrvorrichtung in einer ausgeschwenkten Position gegen ein Zurückschwenken entlang der Schwenkbahn zur mittleren Grundstellung sperrbar.

Description

Die Erfindung betrifft die Rückstellung eines mittels einer Hand bedienbaren Joysticks, der auch als Bedienelement oder als Fernbedienung bezeichnet werden kann, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei gattungsgemäßen Joysticks ist es bekannt, dass dessen Handgriff mit der Hand eines Bedieners gegenüber einem ruhenden Basisteil verschwenkbar ist. Dabei sind meistens vier Schwenkrichtungen möglich, nämlich vorwärts, rückwärts, links und rechts.
Die mittlere Grundstellung des Handgriffs ist durch dessen im Wesentlichen aufrecht stehende Position gekennzeichnet, wobei diese Grundstellung aus ergonomischen Gründen oft deutlich von der senkrechten Richtung abweicht. Der Handgriff wird durch Federn (so genannte Hauptfedern) in die Grundstellung vorgespannt, wobei pro Schwenkrichtung eine solche Feder vorgesehen ist.
Die EP 1 644 645 B1 zeigt einen Joystick für Tiefbaumaschinen.
Die DE 10 2016 218 803 A1 zeigt einen hydraulischen Joystick mit Elektromagneten, die den Handgriff über einen daran gekoppelten Stößel blockieren können.
Die US 9,971,347 zeigt einen Joystick mit zwei baugleichen und gleichartig wirkenden Blattfedern, deren Form an einer festen Stelle einer Schwenkbahn des Handgriffs einen steilen Anstieg im Verlauf der Rückstellkraft erzeugen.
Die US 6,219,032 zeigt einen Joystick für Computer-Anwendungen mit elektrischen Motoren zur Erzeugung einer Rückstellkraft für den Handgriff. Es ist eine Bewegungsbahn mit zwei Stellen mit steilen Anstiegen der Gegenkraft gezeigt.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Joystick zu schaffen, der einen Kraftsprung im Verlauf der Rückstellkraft des Handgriffs bzw. einen Momentensprung im Verlauf des Rückschwenkmoments der Schwenkbewegung hat. Weiterhin soll die Stelle entlang der Schwenkbahn variabel bzw. einstellbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Joystick mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Der beanspruchte Joystick hat einen Handgriff, der aus einer Grundstellung entlang mindestens einer Schwenkbahn insbesondere nach vorne, nach hinten, nach links oder nach rechts schwenkbar ist. Pro Schwenkbahn ist an den Handgriff ein so genannter griffseitigen Stößelabschnitt gekoppelt, über den eine zugeordnete Primärfeder entlang der gesamten Schwenkbahn gegen eine ruhende Primärfederanlage gespannt ist. An den griffseitigen Stößelabschnitt ist ein so genannter festlegbaren Stößelabschnitt gekoppelt, wobei zwischen den beiden Stößelabschnitten eine vorgespannte Sekundärfeder eingespannt ist. An einem kreiszylindrischen Außenmantel des festlegbaren Stößelabschnitts ist eine reibschlüssige Bremse angeordnet. Die Bremse ist in Abhängigkeit eines Signals eines Positionssensors aktivierbar, der z.B. die Position des griffseitigen Stößelabschnitts erfasst. Entlang eines ersten Bereichs der Schwenkbahn ist bei geöffneter Bremse der festlegbare Stößelabschnitt über eine geschlossene Spannanlage zusammen mit dem griffseitigen Stößelabschnitt bewegbar. Entlang eines zweiten Bereichs der Schwenkbahn ist der festlegbare Stößelabschnitt über die Bremse festgelegt und die Spannanlage geöffnet.
Damit ist die vorgespannte Sekundärfeder an einer entlang der Schwenkbahn verstellbaren Stelle zuschaltbar. Genauer gesagt wirkt im ersten Bereich der Schwenkbahn, der sich von der Grundstellung zu der Stelle erstreckt, die Primärfeder gegen die Handkraft eines Bedieners, während die Sekundärfeder vorgespannt mitgenommen (mitbewegt) wird. Im zweiten Bereich der Schwenkbahn wirken die Primärfeder und die Sekundärfeder zusammen gegen die Handkraft des Bedieners. Im Moment des Zuschaltens der Sekundärfeder ergibt sich wegen der Vorspannung der Sekundärfeder an der genannten Stelle der geforderte Momentensprung im Verlauf des Rückschwenkmoments der Schwenkbewegung bzw. der geforderte Kraftsprung im Verlauf der Rückstellkraft des Handgriffs.
Weiterhin erfindungsgemäß ist mittels einer Gradientverstellvorrichtung ein effektiver Hebelarm, der zwischen dem Handgriff und der Primärfeder wirkt, verringerbar, während gleichzeitig eine Vorspannung der Primärfeder vergrößerbar ist. Alternativ ist mittels der Gradientverstellvorrichtung der effektive Hebelarm vergrößerbar, während gleichzeitig die Vorspannung verringerbar ist.
Weiterhin erfindungsgemäß ist der Handgriff mittels einer Sperrvorrichtung in einer mittleren Grundstellung festlegbar. Alternativ ist der Handgriff mittels der Sperrvorrichtung in einer ausgeschwenkten Position gegen ein Zurückschwenken entlang der Schwenkbahn zur mittleren Grundstellung sperrbar.
Vorrichtungstechnisch einfach ist es, wenn die Bremse mittels eines elektrischen Hubmagneten aktivierbar ist.
Bei einer üblichen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Joysticks ist der Handgriff aus der Grundstellung entlang vierer Schwenkbahnen insbesondere nach vorne, nach hinten, nach links und nach rechts schwenkbar. Dann sind vier an den Handgriff gekoppelte griffseitige Stößelabschnitte vorgesehen, über die eine jeweilige Primärfeder entlang der jeweiligen Schwenkbahn gegen eine jeweilige ruhende Primärfederanlage gespannt ist. Weiterhin sind vier über einen jeweiligen Hubmagneten und eine jeweilige Bremse festlegbaren Stößelabschnitte vorgesehen, wobei zwischen jedem Paar von Stößelabschnitten eine Sekundärfeder eingespannt ist, und wobei die vier Bremsen mittels eines jeweiligen Positionssensors steuerbar sind.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung, die mit dem Stichwort Freilauf umrissen werden kann, wirkt die geschlossene Bremse nur gegen ein Wegbewegen (Ausweichen) des festlegbaren Stößelabschnitts vom griffseitigen Stößelabschnitt. Damit wirkt die Bremse nur gegen eine Entspannung der Sekundärfeder.
Fertigungstechnisch und vorrichtungstechnisch einfach ist es, wenn die Primärfeder und die Sekundärfeder konzentrisch zueinander sind. Dann hat der griffseitige Stößelabschnitt eine Primärfederanlage und einen dazu konzentrische Sekundärfederanlage, während der festlegbare Stößelabschnitt eine Sekundärfederanlage hat.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Joysticks hat der griffseitige Stößelabschnitt einen Rohrabschnitt, in dem die Sekundärfeder angeordnet ist, und in dem die als Sekundärfederteller gebildete Sekundärfederanlage des festlegbaren Stößelabschnitts bewegbar ist. Die Spannanlage ist dann (auf Seiten des festlegbaren Stößelabschnitts) durch den Sekundärfederteller und (auf Seiten des griffseitigen Stößelabschnitts) durch einen am Innumfang des Rohrabschnitts eingesetzten Federring gebildet.
Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Joysticks ist die Spannanlage mittels eines Bajonettverschlusses gebildet, über den die beiden Stößelabschnitte miteinander verbunden sind, wobei der Bajonettverschluss nur ein Auseinanderziehen der beiden Stößelabschnitte und eine Entspannung der Sekundärfeder begrenzt.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Bremse ist diese eine Kugelbremse mit mehreren Kugeln, die am Umfang des kreiszylindrischen Außenmantels verteilt und gegen diesen spannbar sind.
Bei einer Weiterbildung der Kugelbremse können die Kugeln über einen Kugelkäfig von dem bestromten Hubmagneten zwischen einem sich verjüngenden Klemmbereich eines Gehäuses der Kugelbremse und dem kreiszylindrischen Außenmantel des festlegbaren Stößelabschnitts eingeklemmt werden.
Bei einer Weiterbildung sind die Kugeln im geschlossenen Zustand der Kugelbremse in Anlage mit einem Flansch des Kugelkäfigs und mit dem Klemmbereich des Gehäuses und mit dem kreiszylindrischen Außenmantel des festlegbaren Stößelabschnitts.
Bei einer Weiterbildung der Kugelbremse sind die Kugeln bei deaktiviertem Hubmagneten mittels einer konischen Stirnfläche eines federbelasteten Rings vom kreiszylindrischen Außenmantel des festlegbaren Stößelabschnitts lösbar.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Bremse ist diese eine Ringbremse mit einem Ring, der gegenüber dem kreiszylindrischen Außenmantel kippbar und damit klemmbar ist.
Bei einer Weiterbildung der Ringbremse ist an dem Ring ein Hebelarm befestigt, oder der Ring ist mit einem Hebelarm einstückig gebildet. Der Ring ist von dem Hubmagneten über den Hebelarm derart schwenkbar, dass eine Mittelachse des Rings gegenüber einer Mittelachse des kreiszylindrischen Außenmantels schräg gestellt ist.
Die Gradientverstellvorrichtung hat vorzugsweise zwei um ein jeweiliges Schwenklager schwenkbare Schwenkteile, wobei die beiden Schwenklager konzentrisch zueinander und gemeinsam an einem Basisteil angeordnet sind. Eine Position des Basisteils und damit der beiden Schwenklager und damit der beiden Schwenkteile ist parallel zu zwei Primärfedern verstellbar. An jedes Schwenkteil ist einerseits eine um das Schwenklager wirkende Hebelkraft des Handgriffs und anderseits eine um das Schwenklager wirkende Hebelkraft der zugeordneten Primärfeder übertragbar. Die beiden so gebildeten Momente wirken um das Schwenklager herum und gegeneinander. Bei einer Verstellung der Position des Schwenkteils parallel zu den beiden Primärfedern verändern sich die beiden Momente zunächst in gleichem Maße, so dass sich für den Bediener ein unverändertes Rückschwenkmoment ergibt. Bei einem darauffolgenden Verschwenken des Handgriffs entlang der Schwenkbahn durch den Bediener ist allerdings der Gradient des Rückschwenkmoments verändert.
Bei einer konkreten Ausgestaltung weisen die beiden Schwenkteile zur Veränderung der jeweiligen Hebelkraft des Handgriffs eine jeweilige parallel zur Primärfeder angeordnete Anlagefläche auf, deren Position parallel zur Primärfeder verstellbar ist. An der Anlagefläche ist eine an den Handgriff gekoppelte Anlagevorrichtung, insbesondere ein Wälzlager, anlegbar. Damit ist die Anlagevorrichtung, insbesondere das Wälzlager, zwei einander gegenüber liegenden Anlageflächen von zwei verschiedenen Schwenkteilen zugeordnet.
Bei einer konkreten Ausgestaltung zur Veränderung der Hebelkraft der Primärfeder haben die beiden Schwenkteile eine jeweilige an dem Schwenkteil angelenkte Primärfederanlage, deren Position entlang der zugeordneten Primärfeder verstellbar ist.
Zur Verstellung der Position des Schwenkteils kann an dem Basisteil eine Anlage für eine Nase gebildet sein, die mittels eines zentralen Linearaktors um ein ruhendes Lager schwenkbar ist.
Die Sperrvorrichtung hat vorzugsweise einen zweiteiligen Kniehebel, dessen Kniegelenk in eine erste Sperrrichtung bewegbar ist, wodurch ein Endabschnitt des Kniehebels in eine zweite Sperrrichtung bewegbar ist.
Die erste Sperrrichtung verläuft vorzugsweise senkrecht zur Primärfeder und die zweite Sperrrichtung verläuft vorzugsweise parallel zur Primärfeder.
Bei einer Bewegung des Endabschnitts des Kniehebels in die zweite Sperrrichtung gilt vorzugsweise folgende Fallunterscheidung: Wenn der Handgriff in der mittleren Grundstellung ist, ist der Endabschnitt in eine Rastkerbe einführbar. Wenn der Handgriff in einer entlang der Schwenkbahn ausgeschwenkten Position ist, ist der Endabschnitt in Anlage mit einer Rastnase bringbar.
Die Rastkerbe kann bogenförmig sein, wobei an dem Endabschnitt des Kniehebels eine Rastkugel angeordnet ist.
Bei einer bevorzugten konkreten Ausgestaltung ist das Kniegelenk an oder in einem Schieber angeordnet, der von einem Linearaktor in die erste Sperrrichtung bewegbar ist, während er von einer Rückstellfeder in einer der ersten Sperrrichtung entgegen gerichtete erste Entsperrrichtung beaufschlagt ist. Die erste Entsperrrichtung ist vorzugsweise ebenfalls senkrecht zur Primärfeder.
Vorzugsweise sind der Linearaktor und der Schieber in einem Winkel zueinander angestellt und haben jeweils eine Gleitfläche. Die Gleitflächen liegen aneinander an.
Insbesondere ist der Linearaktor entlang der zweiten Sperrrichtung ausgerichtet, und die beiden Gleitflächen sind um 45 Grad zur zweiten Sperrrichtung angestellt.
Vorzugsweise ist eine Sicherheitsfeder für die Sperrvorrichtung vorgesehen. Insbesondere ist die Sicherheitsfeder entlang der zweiten Sperrrichtung ausgerichtet.
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Joysticks sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigen

1 einen Traktor mit einer Anwendung eines erfindungsgemäßen Joysticks in einer Draufsicht,
2 einen Verlauf des Rückschwenkmoments in Abhängigkeit des Schwenkwinkels des Handgriffs des erfindungsgemäßen Joysticks,
3 den erfindungsgemäßen Joystick gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer geschnittenen Darstellung, wobei der Handgriff in Grundstellung ist,
4 wesentliche Teile des erfindungsgemäßen Joysticks aus 3 in einer geschnittenen Darstellung, wobei der Handgriff ausgeschwenkt ist,
5 eine Kugelbremse des Joysticks aus den 3 und 4 in einer Explosionszeichnung,
6 die Kugelbremse aus 5 und einen Teil des festlegbaren Stößelabschnitts des Joysticks aus den 3 und 4 in einer geschnittenen Darstellung,
7 einen Ausschnitt der Kugelbremse aus 6 und einen Teil des festlegbaren Stößelabschnitts des Joysticks aus den 3 und 4 in einer geschnittenen Darstellung,
8 den erfindungsgemäßen Joystick gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, wobei der Handgriff in Grundstellung ist,
9 den Joystick aus 8 in einem Längsschnitt, wobei der Handgriff ausgeschwenkt ist,
10 eine Ringbremse, einen festlegbaren Stößelabschnitt und eine Sekundärfeder des Joysticks aus den 8 und 9 in einer Explosionszeichnung,
11 einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels gemäß den 3 und 4 in einer perspektivischen Darstellung,
12 einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels gemäß den 3 und 4 in einer geschnittenen Darstellung,
13 einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels gemäß den 3 und 4 in zwei verschiedenen Einstellungen der Gradientverstellvorrichtung,
14 ein Diagramm zur Wirkung der Gradientverstellvorrichtung aus den 11 bis 13,
15 ein Ausführungsbeispiel der Sperrvorrichtung des erfindungsgemäßen Joysticks in einer ersten gesperrten Stellung,
16 die Sperrvorrichtung aus 15 in einer zweiten gesperrten Stellung,
17 die Sperrvorrichtung aus den 15 und 16 in einer entsperrten Stellung in einer geschnittenen Seitenansicht, und
18 die Sperrvorrichtung in der zweiten gesperrten Stellung gemäß 16 in einer geschnittenen Seitenansicht.

1 zeigt einen Traktor 1 mit eine Arbeitsgerät 2, dessen natürliche Arbeitsgrenze sich durch eine Reihe von Baumstämmen 4 ergibt. Auf dem Traktor 1 ist ein nicht gezeigter erfindungsgemäßer Joystick zur Richtungssteuerung des Arbeitsgerätes 2 verbaut. Genauer gesagt wird über ein Verschwenken eines Handgriffs des Joysticks eine vergleichbare Bewegung des Arbeitsgerätes 2 relativ zum Traktor 1 erzeugt.
Bei diesem Anwendungsbeispiel hat der Handgriff des Joysticks zumindest in seiner nach rechts gerichteten Schwenkbahn einen Momentensprung im Verlauf des Rückschwenkmoments bzw. einen Kraftsprung im Verlauf der Rückstellkraft des Handgriffs an der Stelle, die der Grenze des Arbeitsgerätes 2 entspricht.
Bei einem anderen Einsatz des Traktors 1 mit dem Arbeitsgerät 2, z.B. bei einer Fahrt entlang einer näher stehenden natürlichen Grenze, kann die Stelle des Momentensprungs im Handgriff angepasst, also verstellt werden.
2 zeigt einen Verlauf des Rückschwenkmoments (in Nm) in Abhängigkeit des Schwenkwinkels (in Grad) des Handgriffs des erfindungsgemäßen Joysticks. Zu erkennen ist der Momentensprung, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel 07 Nm beträgt, an einer Stelle S. Diese Stelle S ist gemäß dem Doppelpfeil zu anderen Schwenkwinkeln verschiebbar. Dies geschieht gemäß technischen Vorgaben automatisch, oder dies Einstellung wird von Bediener im Sinne einer Voreinstellung durchgeführt, z.B. weil er erkannt hat, dass seine nächste Fahrt näher entlang einer natürlichen Grenze verläuft als seine letzte Fahrt.
3 zeigt den erfindungsgemäßen Joystick gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer geschnittenen Darstellung, wobei der (nur teilweise gezeigte) Handgriff 8 in Grundstellung ist. Über weitere weiter unten erläutere Bauteile und über ein Gelenk 10 ist ein griffseitiger sich senkrecht nach unten erstreckender Stößelabschnitt 12 an den Handgriff 8 gekoppelt. Über eine Bajonettverschluss 14 ist darunter ein weiterer Stößelabschnitt an den griffseitigen Stößelabschnitt 12 gekoppelt. Dieser Stößelabschnitt ist über eine Kugelbremse 18 gegenüber einem ruhenden Basisteil 20 des Joysticks festlegbar und wird daher als festlegbarer Stößelabschnitt 16 bezeichnet. Er besteht aus einem oberen Rohrabschnitt 16a und aus einen unteren stabartigen Teil, der einen kreiszylindrischen Außenmantel 16b hat. An dem kreiszylindrischen Außenmantel 16b greift die Kugelbremse 18 an.
Wenn die Kugelbremse 18 geöffnet ist, sind die beiden Stößelabschnitte 12, 16 in Abhängigkeit des Handgriffs 8 zusammen in senkrechter Richtung bewegbar. Wenn hingegen die Kugelbremse 18 geschlossen wird, und der Handgriff 8 weiter entlang seiner Bewegungsbahn ausgeschwenkt wird, ist nur noch der griffseitige Stößelabschnitt 12 in senkrechter Richtung bewegbar.
In einem Bereich des festlegbaren Stößelabschnitts 16, an dem der oberer Rohrabschnitt 16a und der untere stabartige Teil aneinander befestigt sind, ist eine als Radialschulter gebildete Sekundärfederanlage 16c ausgebildet. Am oberen Ende des griffseitigen Stößelabschnitts 12 ist eine weitere Sekundärfederanlage 12c ausgebildet. Zwischen den beiden Sekundärfederanlage 12c, 16 c ist eine als Druckfeder ausgebildete Sekundärfeder 22 eingespannt.
Am Außenumfang der Sekundärfeder 22 ist konzentrisch eine Primärfeder 24 angeordnet, die zwischen einer Primärfederanlage 12d des oberen Endes des griffseitigen Stößelabschnitts 12 und einer unteren ruhenden Primärfederanlage 20d eingespannt ist.
Zwischen dem unteren Endabschnitt des griffseitigen Stößelabschnitts 12 und dem oberen Endabschnitt des Rohrabschnitts 16a des festlegbaren Stößelabschnitts 16 ist der Bajonettverschluss 14 angeordnet, der ein Auseinanderziehen der beiden Stößelabschnitte 12, 16 über die in 3 gezeigte Relativposition hinaus verhindert. Dazu bildet der Bajonettverschluss 14 eine Spannanlage 26, die bei maximal entspannter Sekundärfeder 22 geschlossen ist, so dass die beiden Stößelabschnitte 12, 16 gemeinsam gemäß dem Doppelpfeil 28 senkrecht bewegt werden können. Die Spannanlage 26 öffnet sich nur bei geschlossener Kugelbremse 18, wenn gleichzeitig der Handgriff 8 weiter ausgeschwenkt wird.
4 zeigt wesentliche Teile des erfindungsgemäßen Joysticks aus 3 in einer geschnittenen Darstellung, wobei der Handgriff 8 bis zu der Stelle ausgeschwenkt ist, an der die Kugelbremse 18 schließt. Diese Stelle wurde indirekt durch die Position des griffseitigen Stößelabschnitts 12 erkannt, die von einem (nicht gezeigten) Positionssensor erfasst wird. Wenn von der in 4 gezeigten Stelle des Handgriffs 8 dieser weiter (in 4 nach rechts) ausgeschwenkt wird, öffnet sich die Spannanlage 26, und die vorgespannte Sekundärfeder 22 wirkt zusammen mit der Primärfeder 24. Dadurch entsteht an dieser Stelle der gewünschte Momentensprung.
3 und 4 zeigen weiterhin wesentliche Teile der erfindungsgemäßen Gradientverstellvorrichtung. Sie hat zwei um ein jeweiliges Schwenklager 54 schwenkbare Schwenkteile 56, wobei die beiden Schwenklager 54 konzentrisch zueinander angeordnet sind und daher in 3 nur eines der beiden Schwenklager 54 zu erkennen ist. Die beiden Schwenklager 54 sind gemeinsam an einem (mit Bezug zu den 11 und 12 erläuterten) Basisteil 58 angeordnet.
Eine Position des Basisteils 58 und damit der beiden Schwenklager 54 und damit der beiden Schwenkteile 56 ist parallel zu den Primärfedern 24 verstellbar. An jedes Schwenkteil 56 wird einerseits eine um das Schwenklager 54 wirkende Hebelkraft des Handgriffs 8 und anderseits eine um das Schwenklager 54 wirkende Hebelkraft der zugeordneten Primärfeder 24 übertragen. Letzter wird über das Gelenk 10 in das Schwenkteil 56 eingeleitet. Die beiden so gebildeten Momente wirken an dem jeweiligen Schwenkteil 56 um das Schwenklager 54 herum und gegeneinander.
Zur Veränderung der auf das Schwenkteil 56 wirkenden Hebelkraft des Handgriffs 8 weisen die beiden Schwenkteile 56 eine jeweilige parallel zur Primärfeder 24 angeordnete Anlagefläche 60 auf, deren Position parallel zur Primärfeder 24 verstellbar ist. An der Anlagefläche 60 ist eine an den Handgriff 8 gekoppelte als Wälzlager 62 ausgebildete Anlagevorrichtung angelegt. Damit ist das Wälzlager 62 zwei einander gegenüber liegenden Anlageflächen 60 von zwei verschiedenen Schwenkteilen 56 zugeordnet.
Zur Veränderung der auf das Schwenkteil 56 wirkenden Hebelkraft der Primärfeder 24 ist eine Position einer jeweiligen über das Gelenk 10 angelenkten Primärfederanlagen 12d entlang der zugeordneten Primärfeder 24 verstellbar.
5 zeigt eine Kugelbremse 18 aus den 3 und 4 in einer Explosionszeichnung. Sie hat ein ruhendes Gehäuse 42 und vier Kugeln 30, die gleichmäßig am Umfang eines buchsenartigen Kugelkäfigs 32 verteilt sind. Am Außenumfang des Kugelkäfigs 32 ist ein Ring 34 angeordnet, dessen konischer Rand mittels einer schwachen Feder 36 an den Kugeln 30 anliegt.
Weiterhin ist ein ferromagnetischer Ring 38 an den Kugelkäfig 32 angesetzt, über den ein elektrischer Hubmagnet 40 den Kugelkäfig zu sich (in 5 nach unten) ziehen kann, um die Kugelbremse 18 zu schließen.
6 zeigt die Kugelbremse 18 aus 5 und einen Teil des festlegbaren Stößelabschnitts 16 aus den 3 und 4 in einer geschnittenen Darstellung. Es ist zu erkennen, dass das Gehäuse 42 mittels Schrauben an dem ruhenden Basisteil 20 befestigt ist. Der Hubmagnet 40 ist nicht bestromt, so dass die Feder 36 die Kugeln 30 über den Ring 34 anheben kann, so dass diese nicht am festlegbaren Stößelabschnitt 16 anliegen. Auch der Kugelkäfig 32 ist über die Kugeln 30 angehoben.
7 zeigt einen Ausschnitt der Kugelbremse aus 6 und einen Teil des kreiszylindrischen Außenmantels 16b des festlegbaren Stößelabschnitts 16 aus den 3 und 4 in einer geschnittenen Darstellung. Der Hubmagnet 40 ist bestromt, so dass der Kugelkäfig 32 über den ferromagnetischen Ring 38 nach unten gespannt wird. Ein oberer Flansch 44 des Kugelkäfigs 32 spannt die Kugeln 30 mittels eines sich verjüngenden Klemmbereichs 46 des Gehäuses 42 gegen den festlegbaren Stößelabschnitt 16. Damit kann der festlegbare Stößelabschnitt 16 auch bei einem weiteren Verschwenken des Handgriffs 8 (gemäß dem durchgekreuzten Pfeil) nicht weiter nach unten ausweichen, so dass die zugeschaltete vorgespannte Sekundärfeder 22 weiter gespannt wird.
8 zeigt den erfindungsgemäßen Joystick gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, wobei der Handgriff 8 in Grundstellung ist.
9 zeigt den Joystick aus 8 in einem Längsschnitt, wobei der Handgriff 8 bis zu der Stelle ausgeschwenkt ist, an der die Bremse geschlossen ist und so der Momentensprung erzeugt wird.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel hat der zweigeteilte Stößel einen griffseitigen Stößelabschnitt 12, der einen Rohrabschnitt 12a aufweist, in dem die Sekundärfeder 22 aufgenommen ist. Die Primärfeder ist 24 ist am Außenumfang des Rohrabschnitts 12a angeordnet. Beim festlegbaren Stößelabschnitt 16 hingegen ist der Rohrabschnitt entfallen.
10 zeigt den festlegbaren Stößelabschnitt 16 und die Ringbremse 118 und die Sekundärfeder 22 aus den 8 und 9 in einer Explosionszeichnung. Weiterhin ist der Rohrabschnitt 12a des griffseitigen Stößelabschnitts schematisch dargestellt.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 8 bis 10 die Spannanlage 26 zwischen den beiden Stößelabschnitten 12, 16 mittels der Sekundärfederanlage 16c des festlegbaren Stößelabschnitts 16 und eines Federrings 48 gebildet, der in den Innenumfang des Rohrabschnitts 12a des griffseitigen Stößelabschnitt 12 eingesetzt ist.
Weiter im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Bremse als Ringbremse 118 ausgestaltet. Der Hubmagnet 40 ist exzentrisch zu einer Mittelachse des festlegbaren Stößelabschnitts 16 angeordnet und kann bei Bestromung über einen Hebelarm 50 eine Ring 52, der den kreiszylindrischen Außenmantel 16b umgreift, derart schwenken, dass eine Mittelachse des Rings 52 gegenüber einer Mittelachse des kreiszylindrischen Außenmantels 16b gekippt ist. Damit wird der festlegbare Stößelabschnitts 16 geklemmt.
11 zeigt einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Joysticks gemäß den 3 und 4 in einer perspektivischen Darstellung. Dabei ist insbesondere die Gradientverstellvorrichtung erkennbar. Von deren Basisteil 58 ist nur eine Hälfte und von den beiden zugeordneten Primärfedern 24 nur eine Primärfeder 24 gezeigt.
Gemäß dem Doppelpfeil kann die Position des Basisteils 58 und damit der beiden Schwenklager 54 (nur eines davon ist ersichtlich) und damit der beiden Schwenkteile 56 und damit der beiden Gelenke 10 eingestellt werden.
12 zeigt einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Joysticks gemäß den 3 und 4 in einer geschnittenen Darstellung und dabei insbesondere der Gradientverstellvorrichtung. Zur Verstellung der Position des Basisteils 58 ist an diesem eine Anlage für eine Nase 64 gebildet, die mittels eines zentralen Linearaktors 66 um ein ruhendes Lager schwenkbar ist.
13 zeigt einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Joysticks gemäß den 3 und 4 in zwei verschiedenen Einstellungen der Gradientverstellvorrichtung.
Bei der Verstellung der Gradientverstellvorrichtung vom linken Bild zum rechten Bild wird das (in 13 nicht gezeigte) Basisteil 58 und damit das Schwenkteil 56 und damit die beiden Primärfederanlagen 12d parallel zu den beiden Primärfedern 24 angehoben. Dadurch verändern sich die beiden gegeneinander wirkenden Momente am Schwenkteil 56 zunächst in gleichem Maße. Genauer gesagt wird der effektive Hebelarm verkürzt (L2 zu L2`), wodurch das Rückschwenkmoment gegen die Auslenkung des Handgriffs 8 vergrößert wird, während die Vorspannung (Xpre, Xpre`) der Primärfeder 24 verringert wird, wodurch das Rückschwenkmoment gegen die Auslenkung des Handgriffs 8 verringert wird.
Bei einem darauffolgenden Verschwenken des Handgriffs 8 entlang der Schwenkbahn durch den Bediener wird über einen hebelfesten Arm 68 das Wälzlager 62 auf einer Kreisbogenbahn bewegt und nimmt über den eine (als kleinen Kreis eingezeichnete) Berührstelle mit der Anlagefläche 60 das Schwenkteil 56 mit, so dass dieses um sein Schwenklager 54 im Uhrzeigersinn schwenkt. Bei dieser Funktion ist der Gradient des Rückschwenkmoments vom linken zum rechten Bild verändert.
14 zeigt die Wirkung der Gradientverstellvorrichtung aus den 11 bis 13. Es ist das Rückschwenkmoment in Nm über dem Schwenkwinkel des Handgriffs 8 in Grad aufgetragen. Das konkrete Ausführungsbeispiel der Gradientverstellvorrichtung ermöglicht die Einstellung eines Gradienten, der zwischen einem maximalen Gradienten 70 und einem minimalen Gradienten 72 verläuft.
15 und 16 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Sperrvorrichtung des erfindungsgemäßen Joysticks. 15 zeigt die Sperrvorrichtung in einer ersten gesperrten Stellung, während 16 die Sperrvorrichtung in einer zweiten gesperrten Stellung zeigt.
Die Sperrvorrichtung hat einen zweiteiligen Kniehebel 74, von dem in den 15 und 16 nur ein oberer Bereich zu sehen ist, und dessen mittleres Kniegelenk in eine erste Sperrrichtung bewegt ist, wodurch eine Rastkugel 75 eines (in den 15 und 16 oberen) Endabschnitts des Kniehebels 74 in eine zweite Sperrrichtung ausgefahren wird. Die erste Sperrrichtung verläuft senkrecht zu den Primärfedern 24 (in den 15 und 16 waagerecht nach rechts) und die zweite Sperrrichtung verläuft parallel zu den 24 Primärfedern (also in den 15 und 16 senkrecht nach oben).
Bei einer Bewegung der Rastkugel 75 des Endabschnitts des Kniehebels 74 in die zweite Sperrrichtung gilt folgende in den 15 und 16 ersichtliche Fallunterscheidung: Wenn der Handgriff 8 gemäß 16 in der mittleren Grundstellung ist, wird die Rastkugel 75 in eine bogenförmige Rastkerbe 76 eingeführt, die von zwei Rastnasen 78 begrenzt ist. Wenn der Handgriff 8 gemäß 15 in einer entlang der Schwenkbahn ausgeschwenkten Position ist, wird die Rastkugel 75 in eine äußere Anlage mit einer der Rastnasen 78 gebracht.
17 zeigt die Sperrvorrichtung aus den 15 und 16 in einer entsperrten Stellung, und 18 zeigt die Sperrvorrichtung in der zweiten gesperrten Stellung gemäß 16.
Das Kniegelenk des Kniehebels 74 ist an oder in einem Schieber 80 angeordnet, der von einem Linearaktor 82 in die erste Sperrrichtung bewegbar ist, während er von einer Rückstellfeder 84 in einer der ersten Sperrrichtung entgegen gerichtete erste Entsperrrichtung beaufschlagt ist. Die erste Entsperrrichtung ist ebenfalls senkrecht zur Primärfeder 24.
Der Linearaktor 82 und der Schieber 80 sind in einem Winkel von etwa 90 Grad zueinander angestellt und haben jeweils eine Gleitfläche 80a, 82a. Die Gleitflächen 80a, 82a liegen aneinander an. Der Linearaktor ist entlang der zweiten Sperrrichtung ausgerichtet, und die beiden Gleitflächen 80a, 82a sind um 45 Grad zur beiden Sperrrichtungen angestellt.
Weiterhin ist noch eine Sicherheitsfeder 86 für die Sperrvorrichtung vorgesehen, die entlang der zweiten Sperrrichtung ausgerichtet ist.
Bezugszeichenliste

1: Traktor
2: Arbeitsgerät
4: Baumstamm
6: Momentensprung
8: Handgriff
10: Gelenk
12: griffseitiger Stößelabschnitt
12a: Rohrabschnitt
12c: Sekundärfederanlage
12d: Primärfederanlage
14: Bajonettverschluss
16: festlegbarer Stößelabschnitt
16a: Rohrabschnitt
16b: kreiszylindrischer Außenmantel
16c: Sekundärfederanlage
18: Kugelbremse
20: Basisteil
20d: ruhende Primärfederanlage
22: Sekundärfeder
24: Primärfeder
26: Spannanlage
28: Doppelpfeil
30: Kugel
32: Kugelkäfig
34: Ring
36: Feder
38: ferromagnetischer Ring
40: elektrischer Hubmagnet
42: Gehäuse
44: Flansch
46: Klemmbereich
48: Federring
50: Hebelarm
52: Ring
54: Schwenklager
56: Schwenkteil
58: Basisteil
60: Anlagefläche
62: Anlagevorrichtung / Wälzlager
64: Nase
66: Linearaktor
68: hebelfester Arm
70: maximaler Gradient
72: minimaler Gradient
74: zweiteiliger Kniehebel
75: Rastkugel
76: Rastkerbe
78: Rastnase
80: Schieber
80a: Gleitfläche
82: Linearaktor
82a: Gleitfläche
84: Rückstellfeder
86: Sicherheitsfeder
118: Ringbremse
L2: effektiver Hebelarm
L2`: effektiver Hebelarm
S: Stelle
Xpre: Vorspannung
Xpre`: Vorspannung

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

EP 1644645 B1 [0004]
DE 102016218803 A1 [0005]
US 9971347 [0006]
US 6219032 [0007]

Claims

Joystick, dessen Handgriff (8) aus einer Grundstellung entlang mindestens einer Schwenkbahn schwenkbar ist, mit mindestens einem an den Handgriff (8) gekoppelten griffseitigen Stößelabschnitt (12), über den eine zugeordnete Primärfeder (24) entlang der Schwenkbahn gegen eine ruhende Primärfederanlage (20d) gespannt ist, und mit mindestens einem festlegbaren Stößelabschnitt (16), wobei zwischen den beiden Stößelabschnitten (12, 16) eine vorgespannte Sekundärfeder (22) eingespannt ist, und wobei an einem kreiszylindrischen Außenmantel (16b) des festlegbaren Stößelabschnitts (16) eine reibschlüssige Bremse (18; 118) angeordnet ist, die in Abhängigkeit eines Signals eines Positionssensors aktivierbar ist, und wobei entlang eines ersten Bereichs der Schwenkbahn bei geöffneter Bremse (18; 118) der festlegbare Stößelabschnitt (16) bei einer geschlossene Spannanlage (26) zusammen mit dem griffseitigen Stößelabschnitt (12) bewegbar ist, und wobei entlang eines zweiten Bereichs der Schwenkbahn der festlegbare Stößelabschnitt (16) über die Bremse (18; 118) festgelegt und die Spannanlage (26) geöffnet ist, und wobei mittels einer Gradientverstellvorrichtung ein effektiver Hebelarm (L2, L2`), der zwischen dem Handgriff (8) und der Primärfeder (24) wirkt, verringerbar ist, während gleichzeitig eine Vorspannung (Xpre, Xpre`) der Primärfeder (24) vergrößerbar ist, und wobei alternativ mittels der Gradientverstellvorrichtung der effektive Hebelarm (L2, L2`) vergrößerbar ist, während gleichzeitig die Vorspannung (Xpre, Xpre`) verringerbar ist, und wobei der Handgriff (8) mittels einer Sperrvorrichtung in einer mittleren Grundstellung festlegbar ist, und wobei alternativ der Handgriff (8) mittels der Sperrvorrichtung in einer ausgeschwenkten Position gegen ein Zurückschwenken sperrbar ist.
Joystick nach Anspruch 1, wobei die Bremse (18; 118) mittels eines elektrischen Hubmagneten (40) aktivierbar ist.
Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremse (18; 118) nur gegen ein Wegbewegen des festlegbaren Stößelabschnitts (16) vom griffseitigen Stößelabschnitt (12) wirkt.
Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärfeder (24) und die Sekundärfeder (22) konzentrisch zueinander sind, und wobei der griffseitige Stößelabschnitt (12) eine Primärfederanlage (12d) und einen dazu konzentrische Sekundärfederanlage (12c) aufweist, und wobei der festlegbare Stößelabschnitt (16) eine Sekundärfederanlage (16c) aufweist.
Joystick nach Anspruch 4, wobei der griffseitige Stößelabschnitt (12) einen Rohrabschnitt (12a) hat, in dem die Sekundärfeder (22) und die als Sekundärfederteller gebildete Sekundärfederanlage (16c) des festlegbaren Stößelabschnitts (16) beweglich aufgenommen sind, und wobei die Spannanlage (26) mittels des Sekundärfedertellers des festlegbaren Stößelabschnitts (16) und eines am Innumfang des Rohrabschnitts (12a) eingesetzten Federrings (48) gebildet ist.
Joystick nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spannanlage (26) mittels eines Bajonettverschlusses (14) gebildet ist, über den die beiden Stößelabschnitte (12, 16) miteinander verbunden sind, wobei der Bajonettverschluss (14) nur ein Auseinanderziehen der beiden Stößelabschnitte (12, 16) und eine Entspannung der Sekundärfeder (22) begrenzt.
Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gradientverstellvorrichtung zwei um ein jeweiliges Schwenklager (54) schwenkbare Schwenkteile (56) hat, wobei die beiden Schwenklager (54) konzentrisch zueinander an einem Basisteil (58) angeordnet sind, und wobei eine Position des Basisteils (58) und der beiden Schwenklager (54) und der beiden Schwenkteile (56) parallel zu zwei Primärfedern (24) verstellbar ist, und wobei an jedes Schwenkteil (56) eine um das Schwenklager (54) wirkende Hebelkraft des Handgriffs (8) und eine um das Schwenklager (54) wirkende Hebelkraft der zugeordneten Primärfeder (24) übertragbar ist.
Joystick nach Anspruch 7, wobei die beiden Schwenkteile (56) zur Einleitung der jeweiligen Hebelkraft des Handgriffs (8) eine jeweilige parallel zur zugeordneten Primärfeder (24) angeordnete Anlagefläche (60) aufweisen, deren Position parallel zur zugeordneten Primärfeder (24) verstellbar ist, und an der eine an den Handgriff (8) gekoppelte Anlagevorrichtung (62) anlegbar ist.
Joystick nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die beiden Schwenkteile (56) zur Einleitung der Hebelkraft der zugeordneten Primärfeder (24) eine jeweilige an dem Schwenkteil (56) angelenkte Primärfederanlage (12d) haben, deren Position entlang der zugeordneten Primärfeder (24) verstellbar ist.
Joystick nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei an dem Basisteil (58) eine Anlage für eine Nase (64) gebildet ist, die mittels eines zentralen Linearaktors (66) um ein ruhendes Lager schwenkbar ist.
Joystick nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sperrvorrichtung einen zweiteiligen Kniehebel (74) hat, dessen Kniegelenk in eine erste Sperrrichtung bewegbar ist, wodurch ein Endabschnitt des Kniehebels (74) in eine zweite Sperrrichtung bewegbar ist.
Joystick nach Anspruch 11, wobei der Endabschnitt des Kniehebels (74) durch die Bewegung in die zweite Sperrrichtung in eine Rastkerbe (76) einführbar ist, wenn der Handgriff (8) in der mittleren Grundstellung ist, und wobei alternativ der Endabschnitt des Kniehebels (74) durch die Bewegung in die zweite Sperrrichtung in Anlage mit einer Rastnase (78) bringbar ist, wenn der Handgriff (8) in einer ausgeschwenkten Position ist.
Joystick nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei das Kniegelenk an oder in einem Schieber (80) angeordnet ist, der von einem Linearaktor (82) in die erste Sperrrichtung bewegbar ist, während er von einer Rückstellfeder (84) in einer der ersten Sperrrichtung entgegen gerichtete erste Entsperrrichtung beaufschlagt ist.
Joystick nach Anspruch 13, wobei der Linearaktor (82) und der Schieber (80) in einem Winkel zueinander angestellt sind und jeweils eine Gleitfläche (80a, 82a) haben.
Joystick nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Sperrvorrichtung eine Sicherheitsfeder (86) hat.