DE3236480A1 - Steuerhebel-zentriervorrichtung - Google Patents

Steuerhebel-zentriervorrichtung

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Description

Suadstrand Corporation Rockford, Illinois 6 1 Io I5 V,St.A.
Steuerhebel-Zentriervorrichtung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuerhebel, die einen um zwei zur Steuerhebel-Längsachse quer verlaufende gesonderte Achsen schwenkbaren Handgriff aufweisen, insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung von Rückkehr-zur-Mitte-Kräften für Steuerhebel-Handgriffe»
Steuerhebel- oder Zweiachsen-Handgriffe werden als Schalteroder Ventil-Steller auf einer Vielzahl von Anwendungsgebieten eingesetzt, wobei es erwünscht oder erforderlich ist, eine Mehrzahl unabhängiger Funktionen durch einen einzigen Handgriff zu steuern. Beispiele für solche Anwendungsfalle umfassen die Steuerung des Winkels und der Höhe von Schaufeln, Kratzern, Schneidköpfen etc= von Erd- und Schneebewegungsmaschinen, die Steuerung verschiedener Tragflügel-Flächen an Flugzeugen, die Steuerung der Schneidkopflage bei Mehrachsen-Werkzeugmaschinen sowie die Steuerung der Elektronenstrahl-Lage bei einer Vielzahl verschiedener elektro-
nischer Instrumente. Es gibt sehr viele weitere Anwendungsmöglichkeiten/ und die Arten der Anwendungsmöglichkeiten sowie die in Verbindung damit eingesetzten Mengen an Steuerhebeln nimmt immer noch zu. '
Die weite Verbreitung von Einrichtungen, die Steuerhebel benötigen, hat dazu geführt, daß alle Einzelheiten solcher Steuerhebel immer strengeren Anforderungen unterworfen werden. Sie müssen einerseits zuverlässig und mit langer Lebensdauer einsatzbereit sein. Gleichzeitig gibt es eine große Konkurrenz hinsichtlich der Herstellung und des Vertriebs solcher Steuerhebel. Es ist daher erforderlich, daß alle in bedeutenden Mengen eingesetzten Steuerhebel einfach herstellbar sind. Unter anderem bedingt die Forderung geringer Herstellungskosten eine Konstruktion, die die geringstmögliche Anzahl leicht montierbarer Einzelteile verwendet. Im allgemeinen werden durch Erfüllung dieser Forderung auch die Zuverlässigkeit erhöht und die Instandhaltung erleichtert, da ein einfacher Aufbau mit weniger Teilen normalerweise eine geringere Gefahr des Versagens in sich birgt und es außerdem im Fall eines Versagens leichter ist, eine Reparatur durchzuführen.
Ferner ist es erwünscht, daß ein Steuerhebel so aufgebaut ist, daß er ohne weiteres eine Anzahl Schalter, elektronische Proportional-Ausgangselemente und/oder Ventile aufnehmen kann. Die Aufnahme solcher Elemente wird durch Maximierung des Raums in der Steuerhebelanordnung erreicht, der nicht durch notwendige Teile des Steuerhebels wie Vorrichtungen zum schwenkbaren Befestigen des Griffschafts und zum Vorspannen des Handgriffs in eine Neutrallage belegt ist.
Gleichzeitig mit der erwünschten Maximierung des unbelegten freien Raums existiert ein ständiger Bedarf für eine Verringerung der Gesamtgröße der Steuerhebelanordnung, insbesondere der Tiefe solcher Steuerhebelanordnungen und des Betrags, über den sie sich hinter Befestigungskonstruktionen erstrecken.
Bekannte Möglichkeiten zum Befestigen eines Steuerhebel-Handgriffs an einer ortsfesten Tragplatte, so daß er um Querachsen schwenkbar ist, umfassen Kugelgelenk-Einheiten und Kardanaufhängungen* Es ist üblich, die Funktion des Vorspannens eines Steuerhebel-Handgriffs in eine Mittenlage durch Paare von entgegengesetzt wirkenden Zügfedern oder Torsionsfedern in Verbindung mit geeigneten Hebeln und/oder geeignet angeordneten Anschlägen zu mechanisieren. Ein potentieller Nachteil des Einsatzes von Torsions- oder Zugfedern besteht darin, daß die Enden solcher Federn häufig relativ scharfe Krümmungen zur Bildung von Haken oder Zungen aufweisen. Diese Krümmungen sind natürlich Stellen starker Beanspruchung, an denen ein Versagen auftreten kann. So kann also die Zuverlässigkeit durch Vermeidung des Einsatzes von Torsions- und/oder Zugfedern erhöht werden. Ein weiterer Nachteil der vorstehend angegebenen konventionellen Ausbildung ist die relativ große Anzahl Teile, da typischerweise zwei Federn mit zugehörigen Hebeln und Anschlägen für jede Drehachse benötigt werden.
Eine weitere Charakteristik von Steuerhebel-Zentriervorrichtungen, die Paare von entgegengesetzt wirkenden Rückholfedern verwenden, besteht darin, daß sich die Rückkehrkraft mit der Richtung ändert, in der der Steuerhebel geschwenkt
wird. Insbesondere ist das Kraft-/Verschiebungs-Verhältnis großer, wenn der Steuerhebel in Richtungen zwischen den Achsen, mit denen die Rückholfedern ausgerichtet sind, geschwenkt wird, als wenn er in Ausrichtung mit den Rückholfedern geschwenkt wird.
Der Einsatz von Zugfedern wird bei der Steuerhebelanordnung nach der US-PS 3 666 900 vermieden. Diese ÜS-PS richtet sich allgemein auf einen Nockenaufbau mit einer ortsfesten Führungsplatte und einem Rastring, der längs dem Schaft eines Betätigungsarms verschiebbar und mittels zwei Kompressionsfedern gegen die Führungsplatte vorgespannt ist. Dabei werden bestimmte Ausführungsformen vorgeschlagen, bei denen die Führungsplatte so profiliert ist, daß sich eine momentane Betätigung des Betätigungsarms ergibt. Bei dieser Anordnung sind sowohl die Vorrichtung zur Erzielung einer momentanen Betätigung als auch die von dem Betätigungsarm aktivierbaren Schalter auf derselben Seite des Betätigungsarm-Drehpunkts angeordnet. Somit muß sehr viel Platz zur Verfügung stehen, damit sich der Rastring in Richtung zum Drehpunkt bewegen kann, während der Betätigungsarm aus seiner Mittenlage wegbewegt wird. Dies resultiert in einer relativ tiefen Konfiguration.
In den US-PS'en 3' 639 705. und 4 206 602 ist jeweils eine Steuerhebelanordnung angegeben, die hinsichtlich der Konstruktion einige Ähnlichkeiten mit der Anordnung gemäß der vorher genannten ÜS-PS aufweist. Dabei wird zwar in jeder Anordnung ein Ring verwendet, der längs einem Schaft des Betätigungshebels verschiebbar ist, der Ring dient jedoch nur Rast- oder Schaltzwecken zur Unterhaltung einer erwünschten Lage des Betätigungshebels.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Steuerhebel-Zentriervorrichtung oder Steuerhebellage-Vorspannvorrichtung, die unabhängig· von der Richtung, in die der Handgriff verschwenkt wird, das gleiche Kraft-/Verschiebungs-Verhältnis ermöglicht. Dabei ist die Vorrichtung sehr einfach aufgebaut und verwendet eine sehr geringe Anzahl Bauteile. Vorspannkräfte für sämtliche Richtungen werden mit einer einzigen Kompressionsfeder in Verbindung mit einer einfachen Steuerflächen- und Exzenterglied-Anordnung erreicht, die auf derjenigen Seite des Drehpunkts liegt, die der Seite gegenüberliegt, von der.aus Elemente durch den Steuerhebel aktiviert werden. Die Vorspannvorrichtung ist dabei ausgesprochen kompakt und raumsparend, so daß eine Konfiguration mit geringem Profil ermöglicht wird, wodurch der für Schalter etc. verfügbare Raum maximiert wird; gleichzeitig erstreckt sie sich jedoch nur in sehr geringem Abstand hinter die Konstruktion, an der der Steuerhebel angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung wird eine einfache und komkpakt ausgebildete Steuerhebel-Zentriervorriehtung angegeben, mit einem Griffschaft, der in einer ortsfesten Platte so angeordnet ist, daß er um Achsen schwenkbar ist, die quer zu dem Griffschaft.an einem Drehpunkt desselben verlaufen, wobei ein Exzenterglied längs dem Griffschaft beweglich angeordnet ist. Eine Feder beaufschlagt das Exzenterglied in Richtung zum Drehpunkt, und auf der ortsfesten Platte ist eine Steuerfläche ausgebildet, die so geformt und positioniert ist, daß sie mit dem Exzenterglied dahingehend zusammenwirkt, daß dieses von dem Drehpunkt wegbewegt wird, wenn der Griffschaft aus einer vorbestimmten Lage weggeschwenkt wird.
Die Steuerfläche und eine zugehörige Fläche an dem Exzenterglied können Rotationsflächen sein, die um den Griffschaft symmetrisch sind, und die Feder kann eine Kompressionsfeder sein, die den Griffschaft zwischen dem Exzenterglied und einem ortsfesten Halteelement auf dem Griffschaft umgibt.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Perspektivansicht
einer Steuerhebelanordnung mit einer Positionsvorspannvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Steuerhebelanordnung nach Fig. 1, wobei der Griffschaft zentriert ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Steuerhebelanordnung nach Fig. 1, wobei der Griffschaft in eine relativ zur Mittenlage extreme Schwenklage gebracht ist;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine in der Anordnung nach Fig. 1 verwendete Befestigungsplatte, wobei eine diese durchsetzende Öffnung und eine darauf gebildete Steuerfläche gezeigt sind; und
Fig. 5 eine größere Schnittansicht 5-5 eines Abschnitts der Platte von Fig. 4.
In den Fig. 1-3 umfaßt eine Steuerhebelanordnung 10 einen Steuergriffschaft 11, der schwenkbar auf einer ortsfesten, eine Platte 12 umfassenden Befestigungsvorrichtung mittels · einer Kardanaufhängung 13 gelagert ist. Der Griffschaft verläuft entlang einer Längsachse 14 und ist um Achsen 15
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und 16 schwenkbar, die orthogonal und quer zu der Achse 14 verlaufen und einen Drehpunkt auf dieser definieren. In den Fig. 2 und 3 ist der Drehpunkt mit 17 bezeichnet.
Die Platte 12 hat eine Oberfläche oder Oberseite 18, die entlang der Achse 14 vom Drehpunkt 17 versetzt ist. Die Platte 12 ist ferner mit einer Durchgangsöffnung 19 ausgebildet, die die Achse 14 umgibt und durch die der Griffschaft 11 verläuft. Nach Fig» 4 ist die Durchgangsöffnung kreisförmig und ist um die Achse 14 symmetrisch, wenn sich der Griffschaft 11 in seiner Mittenlage befindet. Um den Rand der Durchgangsöffnung 19 ist an deren Schnittpunkt mit der Fläche 18 eine Steuerfläche 20 ausgebildet. Nach den Fig. 4 und 5 ist die Steuerfläche 20 so ausgebildet, daß ihr radialer Querschnitt in bezug auf die Achse 14 ein Kreisbogen ist.
Ein Exzenterglied 22 in Form einer Buchse mit einer daran ausgebildeten konischen Fläche 23 ist auf dem Griffschaft längs der Achse 14 verschiebbar angeordnet. Die Fläche 23 ist eine Rotationsfläche um die Achse 14. Die Steuerfläche 20, die ebenfalls als Rotationsfläche gezeigt ist, ist so ausgebildet und positioniert, daß sie mit der konischen Fläche 23 zusammenwirkt, die im wesentlichen auf der dem Drehpunkt 17 gegenüberliegenden Seite der Platte 12 liegt.
Eine den Griffschaft 11 umgebende Schraubenfeder 24. ist zwischen dem Exzenterglied 22 und einem Halteelement 25, das auf dem Griffschaft 11 festgelegt ist, zusammengedrückt. Die Schraubenfeder 24 umfaßt Vorspannmittel, die das Exzenterglied 22 zum Drehpunkt 17 hin beaufschlagen. Infolgedessen
zeigt die Schraubenfeder 24 die Tendenz, das Exzenterglied 22 zum Anliegen in der Durchgangsöffnung 19 zu bringen, um eine Mittenlage des Griffschafts 11 herzustellen. Das Exzenterglied 22 kann aufgrund der Steuerfläche 20 seinen geringsten Abstand bzw. seine größte Näherung relativ zu dem Drehpunkt 17 erreichen, wenn sich der Griffschaft 11 in der Mittenlage befindet. Wenn nach Fig. 3 der Griffschaft 11 aus der Mittenlage in irgendeine quer zur Achse 14 verlaufende Richtung weggeschwenkt wird, bewirkt die Steuerfläche 20, daß sich das Exzenterglied 22 gegen die Schraubenfeder 24 von dem Drehpunkt 17 weg bewegt. Umgekehrt bringt die Feder 24 in Verbindung mit dem Exzenterglied 22 und der Steuerfläche 20 den Griffschaft 11 in die Mittenlage zurück.
Die Kardanaufhängung 13 ist ein Beispiel für eine Art von Befestigungsvorrichtung, die eine Schwenkbewegung um Querachsen erlaubt. Sie umfaßt einen Ring 30, der durch geeignete Drehzapfen 31, die mit der Achse 16 fluchten, schwenkbar mit dem Griffschaft 11 verbunden ist. Der Ring 30 ist ferner schwenkbar an der Platte 12 durch an dieser befestigte Haltearme 32 und geeignete Drehzapfen 33 und durch geeignete Drehzapfen 33, die mit der Achse 15 fluchten und den Ring 30 schwenkbar in den Haltearmen 32 haltern, befestigt. Somit kann sich der Griffschaft 11 unabhängig um die Achsen 15 und 16 drehen. Es ist jedoch zu beachten, daß zwar eine Kardanaufhängung gezeigt ist, jedoch auch andere Halterungen, z. B. eine Kugelgelenkvorrichtung, verwendet werden können. ' ·
Typischerweise wird die Steuerhebelanordnung 10 dazu genutzt, eine Mehrzahl Schalter, Absperrorgane etc. zur
Steuerung mehrerer unabhängiger Funktionen von einem einzigen manuellen Steuerhebel aus zu betätigen. Somit ist bei einem typischen Einbau das Oberende des Griffschafts 11 mit einem geeigneten Handgriff ausgebildet, und das Unterende des Griffschafts 11 ist so ausgebildet, daß es die Schalter, Absperrorgane etc. betätigen kann. Eine geeignete Mechanik zur Betätigung ausgewählter Schalter einer Mehrzahl solcher Schalter ist allgemein in den Fig..1-3 gezeigt. Diese Anordnung umfaßt eine spezielle Mechanik zum Umsetzen der Griffschaft-Schwenkbewegung in eine Bewegung in einer Ebene (vgl. die gleichzeitig eingereichte DE-Patentanmeldung P )o Dieser Mechanismus ist in der genannten
Patentanmeldung ausführlich erläutert; nachfolgend wird zur Vervollständigung der vorliegenden Beschreibung kurz darauf Bezug genommen.
Eine Tragkonstruktion 34 ist an der Platte 12 durch eine Mehrzahl Schrauben 35 gesichert, die versenkte Bohrungen 36 durchsetzen (vgl. Fig. 4). Die Tragkonstruktion 34 ist mit einer Durchgangsöffnung 37 ausgebildet, durch die sich das Unterende des Griffschafts 11 erstreckt. Ferner weist die Tragkonstruktion 34 eine Unterseite 38 auf, die als ebene Fläche gezeigt ist. Ein Halteelement 39 mit einer, ebenen Oberfläche ist an der Tragkonstruktion 34 im Abstand von dieser mittels einer Mehrzahl von Stiften 40 befestigt, wobei zwischen der Tragkonstruktion 34 und dem Halteelement 39 ein Hohlraum mit parallelen Flächen verbleibt. In dem Hohlraum ist eine Scheibe 41 angeordnet. Diese umfaßt einen biegsamen Mittelsteg 42 mit einer Öffnung, die engpassend das Ende des GriffSchafts 11 aufnimmt, und einen verdickten Rand 43 mit parallelen Seiten und einer etwas geringeren
Dicke als dem Abstand zwischen der Tragkonstruktion 34 und dem Halteelement 39. Nach Fig. 3 wird ein Verschwenken des Griffschafts 11 um den Drehpunkt 17 in eine flächenhafte Bewegung des Rands 43 aufgrund von dessen Verbindung mit dem Griffschaft 11 über den Steg 42 umgesetzt.
An der Tragkonstruktion 34 um die Scheibe 41 herum sind mehrere Schalter 4 4 angeordnet. Diese sind so angeordnet, daß ihre Betätigungsorgane, die Hebel und/oder Stößel sein können, von dem Rand 43 verschoben werden. Infolgedessen können einer oder mehrere erwünschte Schalter 44 durch Verschwenken des GriffSchafts 11 in eine geeignete Richtung betätigt werden.
Gemäß der vorstehenden Erläuterung wird eine spezielle Steuerhebellage-Vorspannvorrichtung angegeben, die einfach und raumsparend ausgebildet ist und die eine gleichbleibende Kraft-/Verschiebungs-Kennlinie aufweist unabhängig davon, in welche Richtung der Steuerhebel verschwenkt wird. Es wurde zwar ein bestimmtes Ausführungsbeispiel erläutert, selbstverständlich sind aber Modifikationen und Änderungen für den Fachmann offensichtlich. Z. B. kann die Steuerfläche und/ oder die zugehörige Fläche an dem Exzenterglied so modifiziert werden,, daß die erforderliche Verschiebekraft als eine Funktion der Verschiebung geändert wird, oder die Flächen können nicht, als Rotationsflächen, sondern davon verschieden ausgebildet sein, um eine Mehrzahl von Kraft-ZVerschiebungs-Funktionen in.Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Steuerhebels zu erhalten.
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Claims (5)

Ansprüche
1. Steuerhebel-Zentriervorrichtung für eine Steuerhebelanordnung, bei der ein Steuerhebel-Griffschaft in einer ortsfesten Befestigungskonstruktion so angeordnet ist, daß er um zu der Längsachse des Griffschafts quer verlaufende verschiedene Achsen an einem Drehpunkt schwenkbewegbar ist,
gekennzeichnet durch eine ortsfeste Platte (12), auf der an einer Stelle längs der Längsachse und im Abstand von dem Drehpunkt (17) eine Fläche (20) ausgebildet ist, wobei die ortsfeste Platte (12) mit einer Durchgangsöffnung (19) versehen ist, durch die sich der·Griffschaft (11) erstreckt; ein Exzenterglied (22), das auf dem Griffschaft (11) verschiebbar an einer Stelle angeordnet ist, die im wesentlichen auf der zum Drehpunkt (17) entgegengesetzten Seite der Fläche (20) der ortsfesten Platte (12) liegt, wobei das Exzenterglied (22) so ausgebildet ist, daß es mit der Fläche (20) der ortsfesten Platte (12) an der Durchgangsöffnung (19) so zusammenwirkt, daß eine Bewegung des Exzenterglieds (22) in Richtung zum Dreh-
572-B01591-Schö
punkt (17) ein Eintreten des Exzenterglieds (22) in die Durchgangsöffnung (19) unter Herstellung einer Mittenlage des Griffschafts (11) bewirkt, und daß durch ein Wegschwenken des Griffschafts (11) aus der Mittenlage das Exzenterglied (22) von dem Drehpunkt (17) weg zwangsläufig längs dem Griffschaft (11) verschoben wird; und - ein Vorspannelement (24), das das Exzenterglied (12) längs dem Griffschaft (11) in Richtung zum Drehpunkt (17) vorspannt.
2. Steuerhebel-Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterglied (22) eine konische Fläche (23) aufweist, die am Umfangsrand der Durchgangsöffnung (19) auf der Fläche (20) der ortsfesten Platte (12) gleitet.
3. Steuerhebel-Zentriervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (19) durch die ortsfeste Platte (12) kreisförmig ist.
4. Steuerhebel-Zentriervorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, ■ ■
dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement eine Schraubenfeder (24) ist, die den Griffschaft (11) umgibt und zwischen dem Exzenterglied (22) und einem auf dem Griffschaft (11) angeordneten Halteelement (25) zusammengedrückt ist.
5. Steuerhebel-Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Griffschaft (11) mittels einer Kardanaufhängung (13) schwenkbar, gelagert ist.
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