DE202011103276U1

DE202011103276U1 - Eingabevorrichtung

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Publication number: DE202011103276U1
Application number: DE201120103276
Authority: DE
Original assignee: Megatron Elektronik AG & Co Industrietechnik KG
Current assignee: MEGATRON ELEKTRONIK GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2012-01-02
Anticipated expiration: 2021-07-12

Abstract

Eingabevorrichtung mit einer in einem Grundlager (3) gelagerten Welle (1) und mit einer Rückstellfeder (11), die die Welle (1) in eine Grundstellung dreht, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder als Schenkelfeder (11) ausgebildet ist.

Description

Die Neuerung bezieht sich auf eine Eingabevorrichtung mit einer in einem Grundlager gelagerten Welle und einer Rückstellfeder, die die Welle in eine Grundstellung dreht.
Eingabevorrichtungen dieser Art werden beispielsweise als Steuerknüppel oder sog. Joystick verwendet. Dabei ist für viele Anwendungsfälle auch wünschenswert, dass neben einem Verschwenken des Steuerknüppels in XY-Richtung auch eine Drehung um die sog. Z-Achse möglich ist. Beim Loslassen des Steuerknüppels soll dieser in eine Grundstellung zurückkehren, bei der der Steuerknüppel hinsichtlich aller Freiheitsgrade eine vordefinierte Stellung einnimmt, also auch hinsichtlich der Drehbewegung der Welle des Steuerknüppels.
Gemäß internem Stand der Technik der Anmelderin erfolgte dies in bezug auf die Drehachse durch eine Zugfeder, die mit an ihrem Ende befindlichen Ösen mit der Welle und mit dem Grundlager gekoppelt war.
In der Praxis hat es sich herausgestellt, dass die Zugfedern an den Ösen häufig gebrochen sind, da bei dem Lastfall des Zurückschnellens der Mechanik starke Kräfte auftraten. In der Praxis konnte daher die bei gewerblichen Anwendungen geforderte Lebensdauer von mindestens 5 Millionen Bewegungszyklen nicht immer eingehalten werden. Eine Verstärkung der Zugfeder war aufgrund der kompakten Bauweise und dem damit verbundenen begrenzten Raum für die Feder nur sehr begrenzt möglich, woraus sich ein geringer Stellweg bei kleiner Rückstellkraft ergab.
Aufgabe der Neuerung ist es daher die Eingabevorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass bei erhöhter Lebensdauer gleichwohl eine kompakte Bauweise erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Neuerung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Grundidee der Neuerung liegt darin, als Rückstellfeder eine Schenkelfeder zu verwenden. Schenkelfedern zeichnen sich durch eine höhere Belastbarkeit insbesondere im Bereich ihrer endseitigen Schenkel aus.
Bei der Neuerung ist die Schenkelfeder koaxial zu der Welle angeordnet und nimmt daher nur sehr geringen Raum in radialer Richtung ein, so dass die kompakte Bauweise eingehalten werden kann.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel ist an der Welle ein Mitnehmer befestigt. Dieser kann an einer mit der Welle befestigten Mitnehmerscheibe angebracht sein und sich axial über einen Teil der Länge der Welle erstrecken. Radial steht er über die Schenkelfeder hinaus. Die Schenkel der Schenkelfeder kontaktieren zwei Rückstellbügel, die jeweils gegenüber der Welle verdrehbar sind und zwar unabhängig voneinander. Die Schenkelfeder drückt dabei die beiden Rückstellbügel aufeinander zu.
Die Rückstellbügel sind an Hülsen befestigt, die axial gegeneinander versetzt koaxial zur Welle angeordnet sind.
Am Grundlager sind einen Mittenanschlag und zwei Drehbegrenzungsanschläge angebracht, mit denen die Rückstellbügel in Kontakt bringbar sind.
Die Schenkelfeder ist in Axialrichtung der Welle durch die Rückstellbügel gehalten und in Radialrichtung durch ein Drehlager der Welle.
Beide Rückstellbügel haben in Axialrichtung in etwa die gleiche Länge und erstrecken sich im wesentlichen über die Länge beider Hülsen. Der Mittenanschlag und die Mitnehmer erstrecken sich in Axialrichtung über eine Länge, die etwas kürzer ist als die Hälfte der axialen Länge der Rückstellbügel.
Der Mittenanschlag und der Mitnehmer erstrecken sich in Umfangsrichtung um die selbe Länge, so dass in der neutralen Grundstellung die Rückstellbügel den Mitnehmer exakt gegenüber dem Mittenanschlag positionieren.
Im Grundlager der Eingabevorrichtung kann ein mit der Welle gekoppelter Drehstellungssensor angeordnet sein.
Im folgenden wird die Neuerung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht der Eingabevorrichtung in Neutralstellung;
2 eine perspektivische Ansicht der Eingabevorrichtung in einer verdrehten Grenzstellung;
3 eine Seitenansicht der Eingabevorrichtung in Neutralstellung; und
4 einen Schnitt längs der Linie B-B der 3.
5 eine Draufsicht der Eingabevorrichtung, bei der die Mitnehmerplatte und der Mitnehmer fortgelassen sind.
Die Eingabevorrichtung hat eine drehbare Welle 1, die um ihre Mittelachse 2 drehbar ist. Die Welle ist in einem Grundlager 3 drehbar gelagert. Im Bereich eines Endes der Welle 1 ist eine Mitnehmerplatte 4 angebracht, die beispielsweise mit einer oder mehreren Schrauben 5 an der Welle 1 befestigt ist. Die Mitnehmerplatte 4 hat einen sich in Axialrichtung erstreckenden Mitnehmer 6, der einstückig an der Mitnehmerplatte 4 angebracht ist. Koaxial zur Welle 1 sind zwei drehbare Hülsen 7 und 8 angeordnet, die jeweils einen radial nach außen vorspringenden Rückstellbügel 9 bzw. 10 tragen. Beide Hülsen 7 und 8 und ihre Rückstellbügel 9 und 10 sind relativ zur Welle 1 drehbar und zwar unabhängig voneinander. Beide Rückstellbügel 9 und 10 stehen in der Neutralstellung der 1 in Kontakt mit dem Mitnehmer 6 der Mitnehmerplatte 4. Weiter sind beide Rückstellbügel 9 und 10 durch eine Schenkelfeder 11 gegeneinander vorgespannt. Die Schenkelfeder 11 ist spiralig um den Außenumfang der beiden Hülsen 7 und 8 gelegt. Ein erster Schenkel 12 der Schenkelfeder 11 kontaktiert den Rückstellbügel 10 und ein zweiter Schenkel 13 der Schenkelfeder 11 kontaktiert den Rückstellbügel 9 jeweils derart, dass die beiden Rückstellbügel 9 und 10 aufeinander zu gedrückt werden, dabei den Mitnehmer 6 der Mitnehmerplatte 4 berühren und gleichzeitig einen Mittenanschlag 14, der an dem Grundlager 3 befestigt ist. Der Mittenanschlag 14 definiert somit eine Neutral- oder Grundstellung der Welle 1 und der Mitnehmerplatte 4 in Bezug auf das Grundlager 3. Diese Neutralstellung wird aufgrund der Kraft der Schenkelfeder 11 automatisch eingenommen, wenn keine äußeren Kräfte bzw. Drehmomente zwischen dem Grundlager 3 und der Mitnehmerplatte 4 auf die Eingabevorrichtung einwirken.
An dem Grundlager 3 sind zwei Anschläge 15 und 16 angebracht, die mit den Mitnehmern 10 bzw. 9 zusammenwirken und den möglichen Drehwinkel zwischen der Welle 1 und der Mitnehmerplatte 4 gegenüber dem Grundlager 3 begrenzen.
In der in 1 dargestellten Neutralstellung drückt die Schenkelfeder 11 beide Rückstellbügel 9 und 10 gegen den Mittenanschlag 14 und die Rückstellbügel 9 und 10 drücken den Mitnehmer 6 der Mitnehmerplatte 4 in die Neutral- bzw. Mittenstellung, wobei die Mitnehmerplatte 4 dann die Welle 1 mitnimmt und in die Neutralstellung bringt.
In 2 ist die Mitnehmerplatte 4 in Richtung des Pfeiles 17 verdreht. Der Mitnehmer 6 kontaktiert den Rückstellbügel 9 und verdreht damit die Hülse 8, die ihrerseits den Schenkel 13 der Schenkelfeder 11 mitnimmt und die Schenkelfeder 11 spannt. Diese Verdrehung geht so weit, bis der Rückstellbügel 9 den Anschlag 16 berührt. Der andere Schenkel 12 der Schenkelfeder 11 drückt den Rückstellbügel 10 gegen den Mittenanschlag 14.
Wird die für das Verdrehen der Welle 1 und der Mitnehmerplatte 4 erforderliche äußere Kraft entfernt, so drückt die Schenkelfeder 11 den Rückstellbügel 9 und damit den Mitnehmer 6 wieder zurück bis zur Neutralstellung der 1.
3 zeigt die Eingabevorrichtung in Seitenansicht und zwar in Neutralstellung, in der die Schenkelfeder 11 die beiden Rückstellbügel 9 und 10 aufeinander zu gegen den Mittelanschlag 14 drückt. Dabei nehmen die beiden Rückstellbügel 9 und 10 den Mitnehmer 6 der Mitnehmerplatte 4 in die Grundstellung mit.
Die Schnittansicht der 4 zeigt weitere Einzelheiten. Die Welle 1 ist in einer Lagerhülse 18 gelagert, die ihrerseits an dem Grundlager 3 befestigt ist. Koaxial zu der Lagerhülse 18 sind die beiden Hülsen 7 und 8 um den Außenumfang der Lagerhülse 18 angeordnet und zwar axial übereinander. Die Lagerhülse 8 ist an einem radial abstehenden Schenkel 22 der Lagerhülse 18 abgestützt. Die andere Lagerhülse 7 ist an dem anderen Ende der Lagerhülse 8 abgestützt und an ihrem freien Ende von einer Scheibe 20 gehalten, die durch einen Sprengring 19, der in die Welle 1 eingreift, gesichert ist. Die Schenkelfeder 11 ist außen um die Hülsen 7 und 8 angeordnet, wobei ihre beiden Schenkel 12 und 13 an den Rückstellbügeln 10 und 9 anliegen. In der Schnittdarstellung der 4 ist nur ein Teil des Rückstellbügels 9 sichtbar während der andere Rückstellbügel 10 nicht sichtbar ist.
5 zeigt in der Draufsicht bei fortgelassener Mitnehmerplatte deutlicher den Sprengring 19 und die Scheibe 20, die die Hülse 7 und damit den an ihr befestigten Rückstellbügel 9 in Axialrichtung fixiert. Auch ist besser zu erkennen, dass die Rückstellbügel 9 und 10 radial von der Hülse 7 abstehen und die Schenkelfeder 11 übergreifen und damit lagern.
Die Schenkelfeder 11 ist in Axialrichtung in beiden Richtungen durch die von den Hülsen 7 und 8 radial abstehenden Schenkel der Rückstellbügel 9 und 10 gehalten. Zur besseren Übersicht ist die Schenkelfeder 11 mit ihren Schenkeln 12 und 12 schraffiert dargestellt.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass an das in das Grundlager 3 hineinreichende Ende der Welle 1 ein Drehstellungssensor angebracht werden kann, wobei jegliche Art bekannter Drehstellungssensoren denkbar ist, beispielsweise auf Basis von Magneten, Potentiometern, optischen Winkelgebern usw.
Mit der Eingabevorrichtung nach der Neuerung erhält man eine verlängerte Lebensdauer, da die vorgeschlagene Schenkelfeder im Vergleich zu einer Zugfeder mit Ösen wesentlich stabiler ist. Auch erhält man bei geringerem Raumbedarf einen größeren Dreh-Verstellweg der Welle und bei Bedarf auch größere Rückstellkräfte.

Claims

Eingabevorrichtung mit einer in einem Grundlager (3) gelagerten Welle (1) und mit einer Rückstellfeder (11), die die Welle (1) in eine Grundstellung dreht, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder als Schenkelfeder (11) ausgebildet ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Welle (1) ein Mitnehmer (6) befestigt ist, dass zwei gegenüber der Welle (1) verdrehbare Rückstellbügel (9, 10) vorgesehen sind und dass Schenkel (12, 13) der Schenkelfeder (11) die Rückstellbügel (9, 10) so kontaktieren, dass die Rückstellbügel (9, 10) zum Mitnehmer (6) hin vorgespannt sind.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellbügel (9, 10) an Hülsen (7, 8) befestigt sind und dass die Hülsen (7, 8) axial gegeneinander versetzt, koaxial zur Welle (1) angeordnet sind.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundlager (3) ein Mittenanschlag (14) und zwei Drehbegrenzungsanschläge (15, 16) angebracht sind, die mit den Rückstellbügeln (9, 19) in Kontakt bringbar sind.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkelfeder (11) um den Außenumfang der Hülsen (7, 8) angeordnet ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkelfeder (11) in Axialrichtung (2) der Welle (1) durch die Rückstellbügel (9, 10) gehalten ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich beide Rückstellbügel (9, 10) jeweils in Axialrichtung im wesentlichen über die Länge beider Hülsen (7, 8) erstrecken.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenanschlag (14) und der Mitnehmer (6) sich in Axialrichtung (2) über eine Länge erstrecken, die kürzer ist, als die Hälfte der axialen Länge der Rückstellbügel (9, 10).
Eingabevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenanschlag (14) und der Mitnehmer (6) sich in Umfangsrichtung um die selbe Länge erstrecken.
Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundlager (3) ein mit der Welle (1) gekoppelter Drehstellungssensor (21) angeordnet ist.